Ubuntu18.04下利用Gazebo搭建赛道完成ROS机器人定位导航仿真智能车


一、安装配置运行的环境

Ubuntu 18.04 Ros Melodic Gazebo 9.0.0

二、下载源码包

  • 先创建ros的工作区域racecar_ws
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mkdir -p ~/racecar_ws/src

在这里插入图片描述

  • 并转换到工作区域目录，
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cd ~/racecar_ws/src

在这里插入图片描述

  • 把当前目录初始化为一个ROS工作空间
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catkin_init_workspace

在这里插入图片描述

  • 开始下载Gazebo搭建赛道功能包racecar（这里使用的别人github上开源出来的代码）
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git clone https://github.com/xmy0916/racecar.git

在这里插入图片描述
下载完成后racecar功能包是这样的
在这里插入图片描述

三、安装本次运行需要的控件

（控件的安装是防止后面运行不正确，这里一步步安装就好。）

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sudo apt-get install ros-melodic-driver-base
sudo apt-get install ros--melodic-gazebo-ros-control
sudo apt-get install ros--melodic-effort-controllers
sudo apt-get install ros--melodic-joint-state-controller
sudo apt-get install ros-melodic-ackermann-msgs
sudo apt-get install ros-melodic-global-planner
sudo apt-get install ros-melodic-teb-local-planner

四、racecar功能包编译

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cd ~/racecar_ws
catkin_make

在这里插入图片描述
编译成功如下图所示：
（出现100%，恭喜你很幸运，如果出现问题，本文后面有解决办法！）
在这里插入图片描述

五、启动仿真编译

  • 设置环境变量，程序注册
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echo "source ~/racecar_ws/devel/setup.bash" >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc

在这里插入图片描述

  • 启动gazebo，运行打开小车模型
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roslaunch racecar_gazebo racecar.launch
  • 运行结果显示，系统将会打开一个tk的控制界面小窗，控制小车的移动，如图
    在这里插入图片描述
  • 可以看到一个红色小车的模型
    在这里插入图片描述

六、手动搭建小车的赛道

  • 在终端打开Gazebo，点击Edit->Build Editor，创建模型，保存该模型
    在这里插入图片描述
  • 完成后关闭gazebo，找到对应Location文件夹，看到自己创建赛道模型
    在这里插入图片描述
  • 运行小车模型，导入刚自己创建的赛道模型框架，保存为world文件
    在这里插入图片描述
  • 拖入刚创建的地图到恰当位置
    在这里插入图片描述
  • 为保证模型顺利加载，请提前将模型文件库下载并放置到~/.gazebo/models，下载模型文件库gazebo_models的方法
  • 方法一：打开终端用命令下载（我发现比较慢… …）
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git clone https://bitbucket.org/osrf/gazebo_models/downloads/
  • 方法二：先用浏览器下载，再放入相应路径里面
    网址（https://github.com/osrf/gazebo_models），点击gazebo_models，进去之后选择下载就好了
    在这里插入图片描述
  • 将模型文件库下载并放置到~/.gazebo/models应该是这样的
    在这里插入图片描述
  • 继续完善上面的赛道，添加障碍物
    在这里插入图片描述
  • 保存world文件到下载功能包中的racecar_gazebo里面worlds文件夹，选择File->Save World AS，保存好后关闭gazebo，如图
    在这里插入图片描述
  • 创建launch文件，配置赛道参数
    先进入路径：~/racecar_ws/src/racecar/racecar_gazebo/launch，并创建mango.launch文件
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cd ~/racecar_ws/src/racecar/racecar_gazebo/launch
sudo gedit mango.launch

在里面加入如下代码：

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<?xml version="1.0"?>
<launch>
  <!-- Launch the racecar -->
  <include file="$(find racecar_gazebo)/launch/racecar.launch">
    <arg name="world_name" value="mango"/>
  </include>
</launch>

在这里插入图片描述
然后保存关闭。

七、运行自己创建的地图

  • 运行gazebo自己的地图
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source ./devel/setup.bash
roslaunch racecar_gazebo mango.launch

在这里插入图片描述

  • 会看见如下效果
    在这里插入图片描述
  • 小车的详细运动情况如下表所示：
WASD控制 运动情况
W 前进
S 后退
D 轮子右转，小车不动
A 轮子左转，小车不动
A + W 小车左向前移
A + S 小车右向后移
D + W 小车右向前移
D + S 小车左向后移
  • 如下面的GIF动图是我的小车运动的情况，有点慢…，但是还是可以看见它的移动轨迹的。
    在这里插入图片描述
  • 这里由于mp4文件无法上传到博客，所以我用到了：
    虚拟机 Ubuntu 下用 【ffmpeg】 将视频 mp4 转换为 gif 动图

八、通过自己建立的赛道进行gmapping建图

上面运行的终端不关闭，继续gmapping建图运行

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roslaunch racecar_gazebo slam_gmapping.launch

在这里插入图片描述（rviz中放大模型，感觉什么都可以看清楚了！）
在这里插入图片描述

  • 这里可以看见小车的起点
    在这里插入图片描述
  • 运行一圈后小车到达的终点
    在这里插入图片描述
  • 跑完整圈，Rviz中的轨迹以及小车的视角显示如下图所示
    在这里插入图片描述
  • 建图完成后详细全图情况
    在这里插入图片描述
  • 我把控制小车转完整圈的整个运行做成了GIF动图上传了上来，可以看见，它运行的很慢，大约8分钟，大家耐心等待！

    在这里插入图片描述

  • 刚才上面的各个终端都不要关闭，继续新建终端，保存刚才gmapping创建的地图
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cd ~/racecar_ws
rosrun map_server map_saver -f mango_car_map

在这里插入图片描述

  • 保存成功的地图详细情况如图所示
    在这里插入图片描述

九、小车自主定位导航

  • 打开终端，执行如下命令
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cd ~/racecar_ws/src/racecar/racecar_gazebo/launch
sudo gedit mango_auto.launch
  • 在mango_auto.launch编辑如下代码
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<?xml version="1.0"?>
<launch>
  <!-- Launch the racecar -->
  <include file="$(find racecar_gazebo)/launch/racecar.launch">
    <arg name="world_name" value="mango"/>
  </include>
 
  <!-- Launch the built-map -->
  <node name="map_server" pkg="map_server" type="map_server" args="$(find racecar_gazebo)/map/mango_car_map.yaml" />

  <!--Launch the move base with time elastic band-->
  <param name="/use_sim_time" value="true"/>
  <node pkg="move_base" type="move_base" respawn="false" name="move_base" output="screen">
    <rosparam file="$(find racecar_gazebo)/config/costmap_common_params.yaml" command="load" ns="global_costmap" />
    <rosparam file="$(find racecar_gazebo)/config/costmap_common_params.yaml" command="load" ns="local_costmap" />
    <rosparam file="$(find racecar_gazebo)/config/local_costmap_params.yaml" command="load" />
    <rosparam file="$(find racecar_gazebo)/config/global_costmap_params.yaml" command="load" />
    <rosparam file="$(find racecar_gazebo)/config/teb_local_planner_params.yaml" command="load" />

    <param name="base_global_planner" value="global_planner/GlobalPlanner" />
    <param name="planner_frequency" value="0.01" />
    <param name="planner_patience" value="5.0" />
    <!--param name="use_dijkstra" value="false" /-->
   
    <param name="base_local_planner" value="teb_local_planner/TebLocalPlannerROS" />
    <param name="controller_frequency" value="5.0" />
    <param name="controller_patience" value="15.0" />

    <param name="clearing_rotation_allowed" value="false" />
  </node>
 
</launch>
  • 保存退出！
  • 这里需要注意的两个地方，改为自己创建的world文件名和刚才保存地图的yaml文件路径和其名称。
    在这里插入图片描述

1.手工导航，运行自己创建的赛道

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cd ~/racecar_ws
source ./devel/setup.bash
roslaunch racecar_gazebo mango_auto.launch

在这里插入图片描述
2.继续打开另一个终端，启动rviz

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roslaunch racecar_gazebo racecar_rviz.launch

在这里插入图片描述

  • 导航进行时，可以看见效果如下图
    在这里插入图片描述
  • 此时用2D Nav Goal发布目标来设计小车行车轨迹（这个不好控制，要小心！）
    在这里插入图片描述
  • 继续再打开另一个终端，启动path_pursuit.py脚本文件
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rosrun racecar_gazebo path_pursuit.py

在这里插入图片描述

  • 继续导航的下效果图
    在这里插入图片描述
  • 到达终点，Goal Resched!
    在这里插入图片描述

事实证明，只要你在仿真过程中各方面控制的好，小车是可以自动导航驾驶的。我觉得这个和无人驾驶很像，无人驾驶的实现也是主要靠计算机类的系统实现，自动规划路线并控制小车到达了预定的目标。感觉导航实现的无人驾驶有优点也有缺点吧，优点当然有很多，百度一下就有很多这里就不详细说了；缺点就是我感觉它辨别障碍物主要依靠激光雷达，但是有时候激光雷达也会出问题吧，总之应该不会万无一失。
由于我的赛道建的太窄了，所以用了可乐罐充当障碍物，大家在实验搭建过程中记得把赛道的距离取好，用专门的跑到障碍物这样更加接近真实的环境。

十、遇见的问题及解决办法

（根据上面步骤做，不一定会遇见这些问题。）

  • 问题一
    CMake Error at /opt/ros/melodic/share/catkin/cmake/catkinConfig.cmake:83 (find_package):
    Could not find a package configuration file provided by “driver_base” with
    any of the following names:

    driver_baseConfig.cmake
    driver_base-config.cmake

Add the installation prefix of “driver_base” to CMAKE_PREFIX_PATH or set
“driver_base_DIR” to a directory containing one of the above files. If
“driver_base” provides a separate development package or SDK, be sure it
has been installed.
Call Stack (most recent call first):
racecar/system/hokuyo_node/CMakeLists.txt:13 (find_package)

– Configuring incomplete, errors occurred!
See also “/home/mango/racecar_ws/build/CMakeFiles/CMakeOutput.log”.
See also “/home/mango/racecar_ws/build/CMakeFiles/CMakeError.log”.
Invoking “cmake” failed

在这里插入图片描述
解决办法
原因是确少driver_base功能包，安上它就好了
sudo apt-get install ros-melodic-driver-base
在这里插入图片描述
然后执行catkin_make编译通过

  • 问题二
    CMake Error at /opt/ros/melodic/share/catkin/cmake/catkinConfig.cmake:83 (find_package):
    Could not find a package configuration file provided by “OpenCV” with any
    of the following names:

    OpenCVConfig.cmake
    opencv-config.cmake

Add the installation prefix of “OpenCV” to CMAKE_PREFIX_PATH or set
“OpenCV_DIR” to a directory containing one of the above files. If “OpenCV”
provides a separate development package or SDK, be sure it has been
installed.
Call Stack (most recent call first):
racecar/racecar_gazebo/CMakeLists.txt:8 (find_package)

– Configuring incomplete, errors occurred!
See also “/home/mango/racecar_ws/build/CMakeFiles/CMakeOutput.log”.
See also “/home/mango/racecar_ws/build/CMakeFiles/CMakeError.log”.
Invoking “cmake” failed

在这里插入图片描述
解决办法
首先使用指令搜索OpenCVConfig.cmake文件的路径：
在这里插入图片描述
进入相关目录编辑catkinConfig.cmake文件

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cd /opt/ros/melodic/share/catkin/cmake
sudo gedit catkinConfig.cmake

在这里插入图片描述
在find _package前面添加如下内容

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set(OpenCV_DIR /usr/share/OpenCV)

在这里插入图片描述
好像这个路径下添加也可以解决
在这里插入图片描述

  • 问题三
    /home/mango/racecar_ws/src/racecar/racecar_gazebo/src/findLine.cpp:7:10: fatal e
    rror: ackermann_msgs/AckermannDrive.h: 没有那个文件或目录
    #include “ackermann_msgs/AckermannDrive.h”
    ^~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
    compilation terminated.
    racecar/racecar_gazebo/CMakeFiles/findLine.dir/build.make:62: recipe for target
    ‘racecar/racecar_gazebo/CMakeFiles/findLine.dir/src/findLine.cpp.o’ failed
    make[2]: *** [racecar/racecar_gazebo/CMakeFiles/findLine.dir/src/findLine.cpp.o]
    Error 1
    CMakeFiles/Makefile2:4559: recipe for target ‘racecar/racecar_gazebo/CMakeFiles/
    findLine.dir/all’ failed
    make[1]: *** [racecar/racecar_gazebo/CMakeFiles/findLine.dir/all] Error 2
    Makefile:140: recipe for target ‘all’ failed
    make: *** [all] Error 2
    Invoking “make -j1 -l1” failed

在这里插入图片描述
解决办法
这主要是缺少相关的包导致的，安装就可以了

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sudo apt-get install ros-melodic-ackermann-msgs

在这里插入图片描述

  • 问题四
    [gazebo_gui-3] process has died [pid 11595, exit code 137, cmd /opt/ros/melodic/lib/gazebo_ros/gzclient __name:=gazebo_gui __log:=/home/mango/.ros/log/465e242c-bad7-11ea-800b-000c2971498d/gazebo_gui-3.log].
    log file: /home/mango/.ros/log/465e242c-bad7-11ea-800b-000c2971498d/gazebo_gui-3*.log
    在这里插入图片描述

  • 问题五
    [gazebo-2] process has died [pid 12735, exit code 255, cmd /opt/ros/melodic/lib/gazebo_ros/gzserver -e ode /home/mango/racecar_ws/src/racecar/racecar_gazebo/worlds/racecar_runway.world __name:=gazebo __log:=/home/mango/.ros/log/1d633998-bad9-11ea-800b-000c2971498d/gazebo-2.log].
    log file: /home/mango/.ros/log/1d633998-bad9-11ea-800b-000c2971498d/gazebo-2*.log
    （这两个问题可以重启虚拟机试试。）

  • 问题六
    ERROR: cannot launch node of type [gmapping/slam_gmapping]: gmapping
    ROS path [0]=/opt/ros/melodic/share/ros
    ROS path [1]=/home/mango/racecar_ws/src
    ROS path [2]=/home/mango/catkin_ws/src
    ROS path [3]=/opt/ros/melodic/share
    解决办法
    也是缺少相关包导致的，执行如下命令安装

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sudo apt-get install ros-melodic-gmapping

在这里插入图片描述

  • 问题七
    [ERROR] [1593527090.154212151, 0.524000000]: Could not load controller ‘right_steering_hinge_position_controller’ because controller type ‘effort_controllers/JointPositionController’ does not exist.
    [ERROR] [1593527090.154343639, 0.524000000]: Use ‘rosservice call controller_manager/list_controller_types’ to get the available types
    [ERROR] [1593527091.155908, 0.713000]: Failed to load right_steering_hinge_position_controller
    在这里插入图片描述
  • 问题八
    [rospack] Error: package ‘map_server’ not found
    解决办法 sudo apt-get install ros-melodic-map-server
    在这里插入图片描述
  • 问题九
    ERROR: cannot launch node of type [move_base/move_base]: move_base
    ROS path [0]=/opt/ros/melodic/share/ros
    ROS path [1]=/home/mango/racecar_ws/src
    ROS path [2]=/opt/ros/melodic/share
    [ERROR] [1593684906.410814958]: Map_server could not open /home/mango/racecar_ws/src/racecar/racecar_gazebo/map/mango_car_map.yaml.
    [map_server-20] process has died [pid 2352, exit code 255, cmd /opt/ros/melodic/lib/map_server/map_server /home/mango/racecar_ws/src/racecar/racecar_gazebo/map/mango_car_map.yaml __name:=map_server __log:=/home/mango/.ros/log/e38cc340-bc4c-11ea-b168-000c2971498d/map_server-20.log].
    log file: /home/mango/.ros/log/e38cc340-bc4c-11ea-b168-000c2971498d/map_server-20*.log
    在这里插入图片描述
    解决办法 sudo apt-get -y install ros-melodic-navigation
    详细过程如图所示
    在这里插入图片描述

本次ROS机器人定位导航仿真结束了，作为物联网小白，肯定有很多不足，希望各位大佬指正，谢谢。