URDF로봇 이동 시뮬레이션 하기

이 글은 앞선 글의 레퍼런스의 후속 글을 따라해보며 작성한 글입니다.

https://gbiggs.github.io/rosjp_urdf_tutorial_text/mobile_robot_gazebo.html

ロボットモデリング講習会：URDFの作成方法 by gbiggs

 

앞선 글에서 SLAM로봇의 디자인은 만들었지만, 이는 외형만 만들었을 뿐, 질량에 관한 정보는 없습니다.

시뮬레이터로서는 이게 차체가 100kg에 바퀴가 1kg인지 혹은 그 반대인지 알 수가 없다는 이야기지요.

 

그래서 <visual>과 <collision>이외에 <inertia>정보도 넣어줘야합니다.

inertia정보에는 원점과 rpy이외에도 질량과 관성행렬이 들어갑니다. 질량에 관한 정보만 들어가면 되니까 기하적 형태는 필요없습니다.

 

관성행렬의 공식은 아래 링크를 참고해주세요.

https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_moments_of_inertia#List_of_3D_inertia_tensors

List of moments of inertia - Wikipedia

 

예를들어 Size(0.13,0.1,0.078)에 질량이 0.25kg인 직육면체라면, 관성행렬의 대각성분은 각각(0.000335083, 0.000478833, 0.000560417)이고 대각외성분은 전부 0이 됩니다.

예전 글의 base_link에 관해서라면 이렇게 되겠네요.

<link name="base_link">
        <visual>
            <geometry>
                <box size="0.13 0.1 0.052"/>
            </geometry>
            <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
            <material name="grey"/>
        </visual>
        <visual name="regulators">
            <geometry>
                <box size="0.005 0.065 0.02"/>
            </geometry>
            <origin xyz="0.04 0 0.036" rpy="0 0 0"/>
            <material name="black"/>
        </visual>
        <visual name="connector">
            <geometry>
                <box size="0.075 0.016 0.026"/>
            </geometry>
            <origin xyz="0 -0.027 0.039" rpy="0 0 0"/>
            <material name="black"/>
        </visual>
        <collision>
            <geometry>
                <box size="0.13 0.1 0.078"/>
            </geometry>
            <origin xyz="0 0 0.013" rpy="0 0 0"/>
        </collision>
        <inertial>
            <mass value="0.25" />
            <origin xyz="0 0 0.013" rpy="0 0 0"/>
            <inertia ixx="0.000335083333333" ixy="0.0" ixz="0.0"
                    iyy="0.000478833333333" iyz="0.0" 
                    izz="0.000560416666667" />
        </inertial> 
    </link>

 

 

 

비슷한 맥락으로 나머지도 적어줍니다.

caster_support

<inertial>
            <mass value="0.25" />
            <origin xyz="-0.01 0 0" rpy="0 0 0"/>
            <inertia ixx="1.66666666666667e-5" ixy="0.0" ixz="0.0"
                    iyy="2.66666666666667e-5" iyz="0.0" 
                    izz="1.66666666666667e-5" />
        </inertial>

 

caster_wheel

        <inertial>
            <mass value="0.1" />
            <origin rpy="-1.5708 0 0"/>
            <inertia ixx="1.02083333333333e-5" ixy="0.0" ixz="0.0"
                    iyy="1.02083333333333e-5" iyz="0.0" 
                    izz="2e-5" />
        </inertial>

 

right_wheel/left_wheel

        <inertial>
            <mass value="0.1" />
            <origin rpy="-1.5708 0 0"/>
            <inertia ixx="1.49333333333333e-5" ixy="0.0" ixz="0.0"
                    iyy="1.49333333333333e-5" iyz="0.0" 
                    izz="2.88e-5" />
        </inertial>

 

 

그 다음엔 시뮬레이션을 위해서 Gazebo용 Launch file를 작성합니다.

 

cd ~/catkin_ws/src/rt_mouse_replica/launch
touch mouse_gazebo.launch

 

<?xml version="1.0" ?>

<launch>
  <!-- these are the arguments you can pass this launch file, for example paused:=true -->
  <arg name="paused" default="true"/>
  <arg name="use_sim_time" default="true"/>
  <arg name="gui" default="true"/>
  <arg name="headless" default="false"/>
  <arg name="debug" default="false"/>

  <!-- We resume the logic in empty_world.launch -->
  <include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch">
    <arg name="debug" value="$(arg debug)" />
    <arg name="gui" value="$(arg gui)" />
    <arg name="paused" value="$(arg paused)"/>
    <arg name="use_sim_time" value="$(arg use_sim_time)"/>
    <arg name="headless" value="$(arg headless)"/>
  </include>

  <!-- Load the URDF into the ROS Parameter Server -->
  <param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro '$(find rt_mouse_replica)/urdf/mouse.xacro'" /> 


  <!-- Run a python script to the send a service call to gazebo_ros to spawn a URDF robot -->
  <node name="urdf_spawner" pkg="gazebo_ros" type="spawn_model" respawn="false" output="screen"
args="-urdf -model diff_wheeled_robot -param robot_description"/> 


</launch>

 

 

이제 이걸 기동시켜주면

roslaunch rt_mouse_replica mouse_gazebo.launch

 

디자인한 로봇이 이렇게 땅에 파묻혀서 나옵니다. 원점이 0,0,0이니까요.

그런데 이건 아랫쪽에 화살표를 눌러주면

이렇게 솟아오릅니다. 화살표 눌러주는게 귀찮다면 런치파일에서 </arg name="paused" default="true"> 부분에서 true를 false로 바꾸시면 됩니다.

View메뉴에서는 무게중심이나 관성모멘트등의 가시화도 가능합니다.

이제 Gazebo가 ROS로부터 오는 명령을 받을 수 있도록 토픽을 구독하게 해줍시다.

 

mouse.xacro에서 맨 아랫줄의 </robot>바로 위에 이 구문을 추가해줍니다.

 

  <gazebo>
    <plugin name="differential_drive_controller" filename="libgazebo_ros_diff_drive.so">
        <leftJoint>left_wheel_joint</leftJoint>
        <rightJoint>right_wheel_joint</rightJoint>
        <robotBaseFrame>base_link</robotBaseFrame>
        <wheelSeparation>0.108</wheelSeparation>
        <wheelDiameter>0.048</wheelDiameter>
        <publishWheelJointState>true</publishWheelJointState>
        <legacyMode>false</legacyMode>
    </plugin>
  </gazebo>

 

<plugin> 플러그인을 로드합니다. 인수로는 Gazebo에서 2륜 SLAM을 움직이는 플러그인을 로드하도록 주었습니다.

<wheelSeparation><wheelDiameter>은 이동거리를 각속도로 바꿀 때 필요한 인자입니다. 이름으로 보건데, 각각 두 바퀴간의 거리와 바퀴의 직경이네요!

두 바퀴간의 거리는, 베이스 상자가 0.1이었고, 바퀴의 중심까지의 거리까지 생각해준다면 +0.008이 됩니다.

바퀴의 직경은 반지름의 두배니까 0.048이 됩니다.

 

다시한번 해당 런치파일을 기동하면

몇가지 인수가 부족하네요? 하는 경고메시지가 뜹니다.  일단은 무시해주고요.

아래에 보면 cmd_vel을 구독하겠다는 말이 나옵니다. 위에 경고메시지에서도 나왔듯이 따로 지정을 할경우 다른 토픽을 구독할 수도 있습니다.

ROS status를 보면 /gazebo가 Twist 타입의 /cmd_vel을 구독하고있는데 퍼블리셔가 없다는 걸 알 수 있습니다.

그럼 이걸 간단하게 수동으로 퍼블리시해주죠.

 

rostopic pub -1 /cmd_vel geometry_msgs/Twist '{linear: {x: 0.0}, angular: {z: 0.2}}'

 

이렇게 로봇이 회전하는 걸 볼 수 있습니다.

 

이걸 수동으로 rostopic커맨드가 아니라 원하는 명령을 퍼블리시 해주는 스크립트도 있습니다.

 

sudo apt-get install ros-noetic-teleop-twist-keyboard

우선 이걸 인스톨해주세요.

 그 다음은

rosrun teleop_twist_keyboard teleop_twist_keyboard.py

로 기동합니다.

만약에 스크립트를 해독할수 없다느니 python 변수를 알 수 없다느니 하는 에러가 나온다면 python-is-python3 을 인스톨해주세요.

이런 화면이 나오고 키보드로 조종할 수 있게됩니다.

 

이 패키지가 아니라 다른 파이썬 스크립트를 인터넷에서 다운받아서 쓰시거나 수정해서 쓰셔도 됩니다. 

 

만약 로봇이 cmd_vel이 아닌 다른 토픽을 구독하고 있다면 파이썬 스크립트를 수정해서 사용하면 되구요.