Gazebo仿真
Gazebo是一个3D动力学仿真器，能够准确的高效的模拟工作在复杂室内和室外环境的机器人。最早是在2002年，由南加州大学的Andrew Howard和他的学生Nate Koenig开发的。 在接下来的几年中Nate在完成他的PhD学位的同时开发着Gazebo。在2009年，Willow公司的一个高级研究工程师JohnHsu，把ROS和PR2与Gazebo整合在一起。自此Gazebo就成为了ROS社区中的一个基本工具。 在2011年的春天，Willow Garage公司开始为Gazebo的开发提供商业支持。在2012年，开源机器人联盟(Open Source Robotics Foundation, OSRF)从Willow Garage公司脱离出来，同时接管了Gazebo项目。
在介绍ROS系统的时候，我们已经简单的接触过Gazebo了。 主要是对Gazebo官方教程中的Beginner和Intermediate部分的翻译和整理， 旨在介绍Gazebo的各种特性，和基本的使用方法。 我们介绍了Gazebo的GUI界面，并用之创建了一个带有深度摄像头的小车。 还用SDF文件对激光雷达Velodyne HDL-32 LiDAR建模， 并为之添加了一个插件可以控制雷达的扫描速度。 然后介绍了如何通过ROS开启Gazebo的世界， 并通过gazebo_ros_control将一个URDF格式描述的机器人GRobot按在Gazebo的世界里摩擦。
本系列文章希望通过编写各种不同的demo来深入Gazebo仿真的各个细节。由于Gazebo的更新比较快，而伴随着ROS安装的版本都比较老。 所以，我们选择源码编译Gazebo 11。 并专门创建了一个Git项目用于维护我们的各个demo， 关于该项目的组织方式参见demo仓库。实际上，Gazebo是可以完全脱离ROS进行仿真的， 一开始demo仓库也是按照这个理念进行设计的。但是因为真香的原因，从v0.0.3版本开始切换到ROS的catkin编译环境下。
第一部分：激光雷达仿真
本部分中，我们将从Gazebo官方提供的Velodyne仿真插件的教程开始，研究如何获取雷达的仿真数据并通过ROS消息发布出去。 了解Gazebo提供的PID控制器，提供调参接口。探索Gazebo与ROS的时钟体系，最后输出激光点云。
| 从Velodyne的仿真插件开始 | 本文将在机器人操作系统之ROS系列文章中介绍的关于Velodyne激光雷达的插件的基础上进一步完善，提供输出ROS系统中LaserScan消息的功能。 并了解如何获取仿真时间、关节状态，发布tf坐标变换消息。 源码tag:v0.0.2 |
| PID调参与自定义消息 | 本文中我们将绘制出雷达转速的阶跃响应曲线，研究PID参数对于系统的影响。提供ROS服务和Gazebo订阅模式两种调参接口， 研究如何在Gazebo插件中提供ROS服务，如何通过protobuf自定义Gazebo的消息类型。 源码tag:v0.0.3 |
| Gazebo的系统插件与ROS的仿真时间 | 本文中我们将简单的了解仿真系统中所涉及到的时间概念，以及如何调整Gazebo中系统中的仿真时间与真实时间的关系。为了统一Gazebo和ROS系统的时间体系， 我们编写了一个Gazebo的系统插件。 源码tag:v0.0.4 |
| 输出激光点云 | 本文比较水，只是提高了雷达的数据输出频率，修改了回调函数OnLaserScanMsg，让他累积一段时间的扫描数据后再以点云的形式输出。 源码tag:v0.0.5 |
上述的四篇文章都还只是Gazebo官方教程的进一步扩展，旨在了解Gazebo与ROS之间是如何对接的。如果我们只是想要有一个激光雷达来完成建图导航的任务， 那么上述的demo就显得太麻烦了。实际上Gazebo原生提供的ray传感器是支持多线激光的， 而且我还在bitbucket上找到了一个通过URDF文件描述的Velodyne Simulator， 它就是直接使用ray进行多线激光仿真的。
| Velodyne仿真插件的新生 | 重构之后的demo使用Gazebo原生的ray传感器来模拟多线激光雷达。不再需要控制雷达转动，所以将模型文件中唯一的joint改为了fixed类型， 并从代码中删除了所有关于调整雷达转速相关的代码。 源码tag:v0.0.6 |
第二部分：差速轮小车仿真
本部分中，我们将为Gazebo官方教程提供的差速小车编写插件，订阅和发布ROS消息。 使得我们可以像turtlebot那样通过键盘控制仿真世界中的小车，并提供里程计估计小车的位姿。
| 差速小车DiffCart | 介绍差速驱动的基本原理，根据官方教程创建一个差速驱动的小车DiffCart，并为之编写控制插件。 复用了turtlebot的键盘遥控器，可以方便的控制DiffCart在仿真世界中运动。 此外我们对运行demo的脚本进行了优化，可以一键运行demo了。 源码tag:v0.1.0 |
| 差速小车的里程计 | 分析里程计的工作原理，介绍如何根据左右轮的转速估计DiffCart的线速度和角速度，进而给出机器人位姿的粗略估计。 扩展DiffCart的插件，为之提供里程计，并发布tf坐标变换，可以通过rviz查看机器人运动。 源码tag:v0.1.1 |
| 差速小车的IMU | 分析Gazebo中用于描述IMU传感器的SDF标签，并扩展DiffCart的插件，将Gazebo中的IMU更新消息转换成ROS的消息发布出去。 源码tag:v0.1.2 |
| 差速小车的Cartographer建图 | 现在，我们要给DiffCart装上一个激光雷达，通过Cartographer进行建图。本文提供了使用多线激光进行3D建图和单线激光进行2D建图的demo。 源码tag:v0.1.3 |
附录
| Gazebo的Topics | Gazebo也使用了和ROS类似的订阅者和发布者模式进行通信，它们的使用套路基本都一样。都是构建节点、通过节点创建发布器或者接收器、通过回调函数来处理消息。 demo |
| Model插件 | 简介。 |