datetime:2025/07/09 10:50

author:nzb

gz_ros2_control

这是一个用于将 ros2_control 控制器架构与 Gazebo 模拟器集成的 ROS2 软件包。该软件包提供了一个 Gazebo-Sim 系统插件，该插件实例化一个 ros2_control 控制器管理器并将其连接到 Gazebo 模型。

安装

二进制软件包

gz_ros2_control 为 ROS2 humble 在 Ubuntu 上发布。要使用它，您必须安装 ros-humble-gz-ros2-control 软件包，例如，通过运行以下命令：sudo apt install ros-humble-gz-ros2-control ros-humble-gz-ros2-control-demos

从源代码构建

使用 docker

为 URDF 添加 ros2_control 标签

简单设置

要使用 ros2_control 与您的机器人一起工作，您需要在您的 URDF 中添加一些额外的元素。您应该包含标签 <ros2_control> 以访问和控制机器人接口。我们应该包含：

我们机器人的特定 <plugin> 标签
<joint> 标签包括机器人控制器：命令和状态。

<ros2_control name="GazeboSimSystem" type="system">
  <hardware>
    <plugin>gz_ros2_control/GazeboSimSystem</plugin>
  </hardware>
  <joint name="slider_to_cart">
    <command_interface name="effort">
      <param name="min">-1000</param>
      <param name="max">1000</param>
    </command_interface>
    <state_interface name="position">
      <param name="initial_value">1.0</param>
    </state_interface>
    <state_interface name="velocity"/>
    <state_interface name="effort"/>
  </joint>
</ros2_control>

在仿真中使用 mimic 关节

要在 gz_ros2_control 中使用 mimic 关节，您需要将其参数定义到您的 URDF 中。我们应该包含：

<mimic> 标签到模拟关节的详细手册
mimic 和 multiplier 参数到 <ros2_control> 标签中的关节定义

<joint name="left_finger_joint" type="prismatic">
  <mimic joint="right_finger_joint"/>
  <axis xyz="0 1 0"/>
  <origin xyz="0.0 0.48 1" rpy="0.0 0.0 3.1415926535"/>
  <parent link="base"/>
  <child link="finger_left"/>
  <limit effort="1000.0" lower="0" upper="0.38" velocity="10"/>
</joint>

<joint name="left_finger_joint">
  <param name="mimic">right_finger_joint</param>
  <param name="multiplier">1</param>
  <command_interface name="position"/>
  <state_interface name="position"/>
  <state_interface name="velocity"/>
  <state_interface name="effort"/>
</joint>

添加 gz_ros2_control 插件

除了 ros2_control 标签外，您的 URDF 还需要添加一个 Gazebo 插件，该插件实际解析 ros2_control 标签并加载相应的硬件接口和控制器管理器。默认情况下，gz_ros2_control 插件非常简单，但它也可以通过额外的插件架构进行扩展，允许高级用户在 ros2_control 和 Gazebo 之间创建自定义的机器人硬件接口。

<gazebo>
  <plugin filename="gz_ros2_control-system" name="gz_ros2_control::GazeboSimROS2ControlPlugin">
    <robot_param>robot_description</robot_param>
    <robot_param_node>robot_state_publisher</robot_param_node>
    <parameters>$(find gz_ros2_control_demos)/config/cart_controller.yaml</parameters>
  </plugin>
</gazebo>

gz_ros2_control 的 <plugin> 标签还具有以下可选的子元素：

<robot_param> : robot_description （URDF）在参数服务器上的位置，默认为 robot_description
<robot_param_node> : robot_param 所在节点的名称，默认为 robot_state_publisher
<parameters> : 一个包含控制器配置的 YAML 文件。此元素可以多次给出以加载多个文件。
<controller_manager_name> : 设置控制器管理器名称（默认： controller_manager ）

此外，还可以指定命名空间和重映射规则，这些规则将传递给控制器管理器并加载的控制器。添加以下 <ros> 部分：

<gazebo>
  <plugin filename="gz_ros2_control-system" name="gz_ros2_control::GazeboSimROS2ControlPlugin">
    ...
    <ros>
      <namespace>my_namespace</namespace>
      <remapping>/robot_description:=/robot_description_full</remapping>
    </ros>
  </plugin>
</gazebo>

默认 gz_ros2_control 行为

默认情况下，如果没有 <plugin> 标签，gz_ros2_control 将尝试从 URDF 中获取所有与基于 ros2_control 的控制器接口所需的信息。这对于大多数情况来说是足够的，并且至少可以让你开始使用。

默认行为提供以下 ros2_control 接口：

hardware_interface::JointStateInterface
hardware_interface::EffortJointInterface
hardware_interface::VelocityJointInterface

高级：自定义 gz_ros2_control 模拟插件

gz_ros2_control Gazebo 插件还提供了一个基于 pluginlib 的接口，用于在 Gazebo 和 ros2_control 之间实现自定义接口，以模拟更复杂的机构（如非线性弹簧、连杆等）。

这些插件必须继承 gz_ros2_control::GazeboSimSystemInterface ，它实现了一个模拟的 ros2_control hardware_interface::SystemInterface 。SystemInterface 提供了 API 级别的访问权限，用于读取和命令关节属性。

相应的 GazeboSimSystemInterface 子类在 URDF 模型中指定，并在加载机器人模型时加载。例如，以下 XML 将加载默认插件：

<ros2_control name="GazeboSimSystem" type="system">
  <hardware>
    <plugin>gz_ros2_control/GazeboSimSystem</plugin>
  </hardware>
  ...
<ros2_control>
<gazebo>
  <plugin filename="gz_ros2_control-system" name="gz_ros2_control::GazeboSimROS2ControlPlugin">
    ...
  </plugin>
</gazebo>

设置控制器

在 <plugin> 中使用标签 <parameters> 来设置包含控制器配置的 YAML 文件，并使用标签 <controller_manager_name> 来设置控制器管理器节点的名称。

以下是一个控制器的基本配置：

joint_state_broadcaster ：此控制器将注册到 hardware_interface::StateInterface 的所有资源的状态发布到类型为 sensor_msgs/msg/JointState 的主题上。
joint_trajectory_controller：此控制器创建一个名为 /joint_trajectory_controller/follow_joint_trajectory 的动作，类型为 control_msgs::action::FollowJointTrajectory 。

controller_manager:
  ros__parameters:
    update_rate: 1000  # Hz

    joint_trajectory_controller:
      type: joint_trajectory_controller/JointTrajectoryController

    joint_state_broadcaster:
      type: joint_state_broadcaster/JointStateBroadcaster

joint_trajectory_controller:
  ros__parameters:
    joints:
      - slider_to_cart
    command_interfaces:
      - position
    state_interfaces:
      - position
      - velocity

gz_ros2_control_demos

gz_ros2_control_demos 包中包含一些示例。

轨道上的小车

这些示例允许在一个 30 米长的轨道上启动小车。

# 启动 gazebo
ros2 launch gz_ros2_control_demos cart_example_position.launch.py
ros2 launch gz_ros2_control_demos cart_example_velocity.launch.py
ros2 launch gz_ros2_control_demos cart_example_effort.launch.py

# 启动控制器
ros2 run gz_ros2_control_demos example_position
ros2 run gz_ros2_control_demos example_velocity
ros2 run gz_ros2_control_demos example_effort

移动机器人

# 启动 gazebo
ros2 launch gz_ros2_control_demos diff_drive_example.launch.py
ros2 launch gz_ros2_control_demos tricycle_drive_example.launch.py
ros2 launch gz_ros2_control_demos ackermann_drive_example.launch.py

# 启动控制器
ros2 run gz_ros2_control_demos example_diff_drive
ros2 run gz_ros2_control_demos example_tricycle_drive
ros2 run gz_ros2_control_demos example_ackermann_drive

为了演示命名空间机器人的设置，运行

# 这将启动一个位于命名空间 r1 的差速驱动机器人。
ros2 launch gz_ros2_control_demos diff_drive_example_namespaced.launch.py

controller_manager 的 ros2_control 设置在 diff_drive_controller.yaml 中定义的控制器使用通配符来匹配所有命名空间。

要运行万向轮移动机器人，请运行以下命令从键盘控制它：

ros2 launch gz_ros2_control_demos mecanum_drive_example.launch.py
ros2 run teleop_twist_keyboard teleop_twist_keyboard --ros-args -p stamped:=true

夹爪

# 以下示例展示了一个带有模仿关节的平行夹爪
ros2 launch gz_ros2_control_demos gripper_mimic_joint_example.launch.py
# 发送示例命令
ros2 run gz_ros2_control_demos example_gripper

带被动关节的摆杆（小车-摆杆）

# 以下示例展示了一个带有摆杆臂的小车
ros2 launch gz_ros2_control_demos pendulum_example_effort.launch.py
ros2 run gz_ros2_control_demos example_effort

# 这使用了小车在轨道上的自由度上的力矩指令接口。为了证明即使使用位置指令接口，摆杆的被动关节的物理问题也能正确解决，请运行
ros2 launch gz_ros2_control_demos pendulum_example_position.launch.py
ros2 run gz_ros2_control_demos example_position

社区

下面列出了支持与 ros2_control 集成的模拟器。要添加您的 ros2_control 集成，请向 Github 上的此页面提交 PR！

Gazebo Troubleshooting

[gazebo-2] [Wrn] [ModelDatabase.cc:340] Getting models from[http://models.gazebosim.org/]. This may take a few seconds.
[gazebo-2] [Wrn] [ModelDatabase.cc:212] Unable to connect to model database using [http://models.gazebosim.org//database.config]. Only locally installed models will be available.

解决方法

cd /usr/share/gazebo-11/models/
wget http://file.ncnynl.com/ros/gazebo_models.txt

wget -i gazebo_models.txt
ls model.tar.g* | xargs -n1 tar xzvf

使用Gazebo环境

~~- 激活环境: source /usr/share/gazebo-11/setup.sh~~

[ign gazebo-1] [Err] [SystemPaths.cc:378] Unable to find file with URI [model://cyan_bot_gz_sim/urdf/meshes/base_link_cls.STL]
[ign gazebo-1] [Err] [SystemPaths.cc:473] Could not resolve file [model://cyan_bot_gz_sim/urdf/meshes/base_link_cls.STL]
[ign gazebo-1] [Err] [MeshManager.cc:173] Unable to find file[model://cyan_bot_gz_sim/urdf/meshes/base_link_cls.STL]

添加自定义模型路径:
- 旧版gazebo：export GAZEBO_MODEL_PATH=$GAZEBO_MODEL_PATH:$(ros2 pkg prefix cyan_bot_gz_sim)/share
- 新版gazebo：export IGN_GAZEBO_RESOURCE_PATH=$IGN_GAZEBO_RESOURCE_PATH:$(ros2 pkg prefix cyan_bot_gz_sim)/share
启动：
- source /opt/ros/humble/setup.bash
- source install/setup.bash
- ros2 launch cyan_bot_gz_sim orca_gazebo.launch.py

gz_ros2_control

datetime:2025/07/09 10:50

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gz_ros2_control

安装

二进制软件包

从源代码构建

使用 docker

为 URDF 添加 ros2_control 标签

简单设置

在仿真中使用 mimic 关节

添加 gz_ros2_control 插件

默认 gz_ros2_control 行为

高级：自定义 gz_ros2_control 模拟插件

设置控制器

gz_ros2_control_demos

轨道上的小车

移动机器人

夹爪

带被动关节的摆杆（小车-摆杆）

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