第4章机器人仿真

mbot 小车 Gazebo 仿真

第四章 mbot 小车 Gazebo 仿真环境：差分驱动底盘的启动与键盘遥控演示。

Gazebo Simulation Demo

工作空间挂载与编译

上面的 mbot 差分驱动仿真由 src/chap4/ 下的 3 个功能包提供，需要先挂载到 catkin 工作空间并编译：

功能包	作用
`mbot_description`	mbot 的 URDF/xacro 模型（差分驱动底盘 + 各传感器扩展）
`mbot_gazebo`	Gazebo 仿真环境与 launch 文件（world + 模型加载）
`mbot_teleop`	键盘遥控节点（发布 `/cmd_vel`）

1. 克隆仓库并切换分支

git clone https://github.com/OpenHUTB/ros2.git ~/ros2
cd ~/ros2
git checkout feat/chap4-gazebo-sim   # 本章代码所在分支（若已合并主分支可跳过）

2. 创建 catkin 工作空间并软链接功能包

mkdir -p ~/catkin_ws/src

ln -s ~/ros2/src/chap4/mbot_description ~/catkin_ws/src/mbot_description
ln -s ~/ros2/src/chap4/mbot_gazebo     ~/catkin_ws/src/mbot_gazebo
ln -s ~/ros2/src/chap4/mbot_teleop     ~/catkin_ws/src/mbot_teleop

若不想用软链接，也可 cp -r 复制到 ~/catkin_ws/src/。

3. 编译并加载环境

cd ~/catkin_ws
catkin_make
source devel/setup.bash

前置依赖：ROS1 桌面完整版（Noetic 或 Melodic）、gazebo_ros_pkgs、xacro、 joint_state_publisher、robot_state_publisher 等。

4. 验证包已就绪

rospack find mbot_description mbot_gazebo mbot_teleop

动图效果完整复现指南

以下是 demo_chap4.gif 的闭环复现步骤：先启动差分驱动小车，再用键盘遥控驱动它运动。

步骤 1（底盘物理环境）：启动 Gazebo 差分驱动小车

source ~/catkin_ws/devel/setup.bash
roslaunch mbot_gazebo view_mbot_gazebo_empty_world.launch

Gazebo 中会出现一辆两轮差分驱动 mbot 小车（后置万向轮）。如需带场景的世界，可改用：

roslaunch mbot_gazebo view_mbot_gazebo_play_ground.launch   # 带障碍物的操场
roslaunch mbot_gazebo view_mbot_gazebo_room.launch          # 室内房间

步骤 2（键盘遥控）：启动 teleop 键盘遥控节点

source ~/catkin_ws/devel/setup.bash
roslaunch mbot_teleop mbot_teleop.launch

该节点读取键盘按键，发布 geometry_msgs/Twist 到 /cmd_vel，驱动差速底盘运动。

步骤 3（遥控交互）：键位映射

在键盘遥控终端窗口按下对应按键（无需回车）：

按键	动作
`i`	前进
`,`	后退
`j`	原地左转
`l`	原地右转
`u`	前进 + 左转
`o`	前进 + 右转
`m`	后退 + 右转
`.`	后退 + 左转
`k` 或空格	立即停止（急停）
`q` / `z`	最大速度提高 / 降低 10%
`w` / `x`	线速度提高 / 降低 10%
`e` / `c`	角速度提高 / 降低 10%

焦点需停留在键盘遥控终端窗口内；松开方向键后默认平滑减速，k/空格键为强制停止。

步骤 4（预期现象）

按 i：小车在 Gazebo 中向前直线行驶，与动图中的前进画面一致。
按 j / l：小车原地左转 / 右转，与动图中的转向画面一致。
按 k 或空格：小车立即刹车停下。
组合键 u / o / m / .：小车走出弧线轨迹，与动图中的曲线运动一致。

如需查看底层数据流，可另开终端：

rostopic echo /cmd_vel   # 键盘遥控发出的速度指令
rostopic echo /odom      # 里程计输出

Gazebo 移动机器人平台搭建与首次仿真

本章介绍如何在 Gazebo Classic 11 中搭建一个可运行的 ROS 移动机器人平台，并完成从模型、传感器到运动控制的首次仿真。

本章配套完整功能包：

src/chap4/mybot_gazebo/

教程内容：

检查 Ubuntu、ROS Noetic、Gazebo 和插件依赖；
创建 Catkin 工作空间并编译 mybot_gazebo；
使用 URDF/xacro 建立两轮差速机器人；
配置差速驱动、里程计、激光雷达和 RGB 相机；
编写 world 和 launch 文件；
启动 Gazebo 并检查话题、TF 和传感器；
使用手动速度命令和自动正方形轨迹验证机器人；
调整参数、排查故障，并扩展到 SLAM 和导航。

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