本系列教程作者：小鱼
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8.3 动手创建一个移动机器人
大家好，我是小鱼，本节课我们来一起动手创建一个两轮差速的移动机器人fishbot,在上一节的时候我们已经给我们的机器人安装上了雷达，本节课我们接着上节课的来继续完善我们的机器人模型。
机器人除了雷达之外，还需要IMU加速度传感器以及可以驱动的轮子，在第七章中我们曾介绍过机器人学部分，曾对两差速模型进行过介绍，所以我们还需要再创建两个差速驱动轮和一个支撑轮。
所以本节小鱼带你一起给机器人添加如下部件和关节：
- IMU传感器部件与关节
- 左轮子部件与关节
- 右轮子部件与关节
- 支撑轮子部件与关节
1.添加IMU传感器(上节作业)
IMU传感器和透明度与颜色修改是上节课，作业，小鱼先带你一起完成一下
练习1：尝试将修改机器人身体颜色为蓝色，透明度为50%
(0.1 0.1 1.0 0.5)练习2：尝试在URDF中添加imu_link并使用imu_joint将其固定在车体的中心上方2cm，imu采用的几何形状为box,长宽高各是2cm
1.1 修改颜色
透明度修改只需要在base_link中添加material
<link name="base_link">
<visual>
<origin xyz="0 0 0.0" rpy="0 0 0"/>
<geometry>
<cylinder length="0.12" radius="0.10"/>
</geometry>
<material name="blue">
<color rgba="0.1 0.1 1.0 0.5" />
</material>
</visual>
</link>
1.2 添加imu
<link name="imu_link">
<visual>
<origin xyz="0 0 0.0" rpy="0 0 0"/>
<geometry>
<box size="0.02 0.02 0.02"/>
</geometry>
</visual>
</link>
<!-- imu joint -->
<joint name="imu_joint" type="fixed">
<parent link="base_link" />
<child link="imu_link" />
<origin xyz="0 0 0.02" />
</joint>
2.添加右轮
2.1 添加关节
关节名称为right_wheel_link,小鱼在做ros2小车的时候采用的轮子如下图：
轮子的宽为4cm,直径为6.4cm,几何形状是个圆柱体，所以geometry配置如下：
<geometry>
<cylinder length="0.04" radius="0.032"/>
</geometry>
需要注意的是,圆柱默认的朝向是向上的
我们可通过origin的rpy改变轮子的旋转角度，让其绕x轴旋转pi/2,所以origin的配置为
<origin xyz="0 0 0" rpy="1.57079 0 0"/>
颜色换黑色，可以得到下面的配置：
<link name="right_wheel_link">
<visual>
<origin xyz="0 0 0" rpy="1.57079 0 0"/>
<geometry>
<cylinder length="0.04" radius="0.032"/>
</geometry>
<material name="black">
<color rgba="0.0 0.0 0.0 0.5" />
</material>
</visual>
</link>
2.2 添加joint
我们把左轮子的中心固定在机器人左后方
需要注意的是origin和axis值的设置
先看origin
因为base_link的高度是0.12,我们
-
z表示child相对parent的z轴上的关系，想将轮子固定在机器人的下表面,所以
origin的z向下偏移0.12/2=0.06m(向下符号为负) -
y表示child相对parent的y轴上的关系，base_link的半径是0.10,所以我们让轮子的y轴向负方向偏移0.10m(向左符号为负)
-
x表示child相对parent的x轴上的关系，向后偏移则是x轴向后进行偏移，我们用个差不多的值0.02m(向后符号为负)
再看axis
轮子是会转动的，那应该按照哪个轴转动呢？从上图可以看出是绕着y轴的逆时针方向，所以axis的设置为：
<axis xyz="0 1 0" />
<joint name="right_wheel_joint" type="continuous">
<parent link="base_link" />
<child link="right_wheel_link" />
<origin xyz="-0.02 -0.10 -0.06" />
<axis xyz="0 1 0" />
</joint>
3.添加左轮
左轮就是右轮的映射，不再赘述
<link name="left_wheel_link">
<visual>
<origin xyz="0 0 0" rpy="1.57079 0 0"/>
<geometry>
<cylinder length="0.04" radius="0.032"/>
</geometry>
<material name="black">
<color rgba="0.0 0.0 0.0 0.5" />
</material>
</visual>
</link>
<joint name="left_wheel_joint" type="continuous">
<parent link="base_link" />
<child link="left_wheel_link" />
<origin xyz="-0.02 0.10 -0.06" />
<axis xyz="0 1 0" />
</joint>
4.添加支撑轮
支撑轮子固定在机器人的前方，用个球体，半径用0.016m，小球的直径为0.032m与左右轮子半径相同，然后向下偏移0.016+0.06=0.076m,向下值为负，同时把支撑论向前移动一些，选个0.06m
最终结果如下：
<link name="caster_link">
<visual>
<origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
<geometry>
<sphere radius="0.016"/>
</geometry>
<material name="black">
<color rgba="0.0 0.0 0.0 0.5" />
</material>
</visual>
</link>
<joint name="caster_joint" type="fixed">
<parent link="base_link" />
<child link="caster_link" />
<origin xyz="0.06 0.0 -0.076" />
</joint>
最终URDF文件：https://raw.githubusercontent.com/fishros/fishbot/master/src/fishbot_description/urdf/fishbot_base.urdf
5.测试运行
5.1 编译测试
colcon build
source install/setup.bash
ros2 launch fishbot_description display_rviz2.launch.py
5.2 最终结果
rviz的配置
最终结果
jointstate多出两个滑动条
节点关系
打印joint_states话题
ros2 topic echo /joint_states
5.3 通过joint_state_gui改变关节tf中关节角度
在JointStatePublisher中,拖动滑动条,观察
rviz2中tf的变换joint_states中的值的变换
可以看到随着进度条拖动,话题中的值和rviz2中机器人关节在同步的旋转,joint_states话题也可以手动发送,下一节课小鱼带你一起通过手动发送joint_states来控制机器人轮子转动
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作者介绍：
我是小鱼，机器人领域资深玩家，现深圳某独脚兽机器人算法工程师一枚
初中学习编程，高中开始接触机器人，大学期间打机器人相关比赛实现月入2W+（比赛奖金）
目前在输出机器人学习指南、论文注解、工作经验，欢迎大家关注小鱼，一起交流技术，学习机器人