Gazebo - симулятор для роботов. Создаем модель простейшего робота

Газибо представляет собой один из многих симуляторов роботов. Развивается Open Source Robotic Foundation и довольно тесно взаимодействует с Операционной системой для роботов (ROS)


Чтобы установить его на мак для начала необходимо поставить XQuartz:

brew install Caskroom/cask/xquartz

Далее устанавливаем сам газибо:

brew tap osrf/simulation
brew install gazebo7

Вместе с ним в систему будут установлены Qt, OGRE, Bullet3 и Simbody (в качестве физических движков)
Или все это можно сделать с помощью скрипта:

curl -ssL http://get.gazebosim.org | sh

Запускаем клиент:

gazebo

При старте он подгрузит множество моделей, которые можно добавить в сцену. Так, например, можно создать свой мир, добавив туда робота и предметы, с которым он будет взаимодействовать:

Или использовать тестовые миры, которые можно найти в /usr/local/share/gazebo-7/worlds/

Вот, например как Boston Dynamics тренировали ходить своего робота Atlas в газибо:

Попробуем и мы. Далее идет более-ли менее адаптированный перевод tutorial'а по созданию моделей.

Симулятор состоит из сервера gzserver,  который занимается просчетом физики, столкновений симуляцией, сенсоров. В качестве физического движка там используется в том числе библиотека Bullet3, которая может ускорять вычисления с помощью OpenCL на GPU. К серверу могут подсоединятся клиенты - gzclient - один из них. Именно он занимается отображением UI. Для сенсоров и моделей можно писать свои плагины - это позволяет управлять самой моделью и симулировать входные данные от датчиков.

Команда gazebo как раз и запускает оба это приложения по очереди

Миры и модели описываются с помощью SDF - специального формата XML. В принципе в gzclient есть встроенный редактор моделей (Edit -> Model Editor)& Но всегда интереснее покопаться в начинке. И создать своего робота

Для начала создадим папку my_model, с двумя пустыми файлами model.config и model.sdf:

my_model/
├── model.config
└── model.sdf

И создадим симлинк для нашей модели. Так, чтобы Газибо UI видел нашу модель.

ln -s $(pwd)/my_model ~/model_editor_models/my_model

model.config - XML файл с метаданными нашей модели:

<?xml version="1.0"?>

<model>

    <!-- так наша модель будет называться в gzclient-->

    <name>Simple Robot</name>

    

    <version>1.0</version>

    

    <!-- имя файла, в котором содержится сама модель-->

    <sdf version='1.4'>model.sdf</sdf>

    

    <author>

        <name>Max Lunin</name>

        <email>nut.code.monket@gmail.com</email>

    </author>

    

    <description>тестовый робот</description>

</model>

И содержимое самой модели: model.sdf:

<?xml version='1.0'?>

<sdf version="1.4">

  <model name="my_model">

    

    <!-- если модель статическая, она будет игнорироваться

     физическим движком. Это позволит нам пока изменять 

     модель в редакторе -->

    <static>true</static>

    

    <!-- создадим прямоугольное шасси -->

    <link name='chassis'>

      

      <!-- первые три цифры x/y/z позиция модели -->

      <!-- последние три вращение в радианах  x/y/z -->

      <pose>0 0 .1 0 0 0</pose>

      

      <!-- тело, которое будет воспринимать физический движок,

       для определения столкновений. Коробка -->

      <collision name='collision'>

        <geometry>

          <box>

            <!-- размеры в метрах -->

            <size>.4 .2 .1</size>

          </box>

        </geometry>

      </collision>

      

      <!-- тело, которое будет отрисовываться UI клиентом -->

      <visual name='visual'>

        <geometry>

          <box>

            <!-- размеры в метрах -->

            <size>.4 .2 .1</size>

          </box>

        </geometry>

      </visual>

    </link>

  </model>

</sdf>

Теперь можем импортировать наш новосозданный объект в Gazebo клиент и полюбоваться прямоугольником парящим над поверхностью:

Добавим теперь пару колес по бокам, и две связи для них:

<?xml version='1.0'?>

<sdf version="1.4">

  <model name="my_model">

    <static>false</static>

    <link name='chassis'>  

      <pose>0 0 .1 0 0 0</pose>

      <collision name='collision'>

        <geometry>

          <box>

            <!-- размеры в метрах -->

            <size>.4 .2 .1</size>

          </box>

        </geometry>

      </collision>

      <!-- тело, которое будет отрисовываться UI клиентом -->

      <visual name='visual'>

        <geometry>

          <box>

            <!-- размеры в метрах -->

            <size>.4 .2 .1</size>

          </box>

        </geometry>

      </visual>

      

      <!-- заднее колесо будет шаром-->

      <collision name='caster_collision'>

        <pose>-0.15 0 -0.05 0 0 0</pose>

        <geometry>

          <sphere>

            <radius>.05</radius>

          </sphere>

        </geometry>

        <surface>

          <friction>

            <ode>

              <mu>0</mu>

              <mu2>0</mu2>

              <slip1>1.0</slip1>

              <slip2>1.0</slip2>

            </ode>

          </friction>

        </surface>

      </collision>

      <visual name='caster_visual'>

        <pose>-0.15 0 -0.05 0 0 0</pose>

        <geometry>

          <sphere>

            <radius>.05</radius>

          </sphere>

        </geometry>

      </visual>

    </link>

    

    <!-- левое колесо-->

    <link name="left_wheel">

      <pose>0.1 0.13 0.1 0 1.5707 1.5707</pose>

      <collision name="collision">

        <geometry>

          <cylinder>

            <radius>.1</radius>

            <length>.05</length>

          </cylinder>

        </geometry>

      </collision>

      <visual name="visual">

        <geometry>

          <cylinder>

            <radius>.1</radius>

            <length>.05</length>

          </cylinder>

        </geometry>

      </visual>

    </link>

    

    <!-- правое колесо-->

    <link name="right_wheel">

      <pose>0.1 -0.13 0.1 0 1.5707 1.5707</pose>

      <collision name="collision">

        <geometry>

          <cylinder>

            <radius>.1</radius>

            <length>.05</length>

          </cylinder>

        </geometry>

      </collision>

      <visual name="visual">

        <geometry>

          <cylinder>

            <radius>.1</radius>

            <length>.05</length>

          </cylinder>

        </geometry>

      </visual>

    </link>

    

    <!-- соединение левого колеса с шаси по оси Y -->

    <joint type="revolute" name="left_wheel_hinge">

      <pose>0 0 -0.03 0 0 0</pose>

      <child>left_wheel</child>

      <parent>chassis</parent>

      <axis>

        <xyz>0 1 0</xyz>

      </axis>

    </joint>

    

    <!-- соединение правого колеса с шаси по оси Y -->

    <joint type="revolute" name="right_wheel_hinge">

      <pose>0 0 0.03 0 0 0</pose>

      <child>right_wheel</child>

      <parent>chassis</parent>

      <axis>

        <xyz>0 1 0</xyz>

      </axis>

    </joint>

  </model>

</sdf>

Теперь это уже начинает напоминать тележку:

В следующих заметках будем добавлять сенсоры и писать плагины для управления полученной тележкой. А пока можно задать направление движения тележки на вкладке Force в правой панели.