要在 Gazebo 中插入 URDF 模型進行模擬，需要準備特定的資料和遵循一系列的操作流程。
這包括 URDF 模型的內容定義、啟動文件的編寫，以及 ROS2 環境的正確配置與操作。
以下是將 URDF 模型插入 Gazebo 進行模擬所需的資料和操作流程：
＃[ 所需資料 ]
1.
URDF 模型文件 (.urdf 或 .xacro):
◦
基本結構：URDF 是一種 XML 文件，以 <robot> 標籤開始和結束，用於描述機器人的運動學、幾何形狀和物理特性。
Xacro 是 URDF 的擴展，允許使用宏和數學運算來簡化複雜 URDF 文件的編寫和管理，推薦使用。
◦
鏈結 (Link) 定義：每個鏈結是機器人的一個剛體部分。
▪
視覺 (Visual)：<visual> 標籤定義鏈結的外觀，包括幾何形狀（如 box、cylinder、sphere 或 mesh）和材料（顏色、紋理）。
▪
碰撞 (Collision)：<collision> 標籤定義鏈結的物理碰撞形狀。
它對於計算物理碰撞至關重要。建議使用基本幾何形狀來減少計算負擔，而非直接使用網格（mesh），因為網格的計算成本較高。
▪
慣性 (Inertial)：<inertial> 標籤定義鏈結的質量和慣性張量。
這對於在 Gazebo 中準確模擬重力、力矩和動態行為是至關重要的。缺少或錯誤的定義會導致不真實的物理行為。
▪
原點 (Origin)：定義鏈結相對於其父鏈結的平移和旋轉。
◦
關節 (Joint) 定義：<joint> 標籤用於連接兩個鏈結，定義它們之間的運動關係。
▪
類型 (Type)：例如 fixed（固定）、continuous（連續旋轉）、revolute（有限制旋轉）和 prismatic（直線移動）。
▪
父子鏈結 (Parent/Child Link)：指定關節連接的父鏈結和子鏈結。
▪
軸 (Axis)：定義關節的旋轉或移動軸。
◦
Gazebo 特定標籤：<gazebo> 標籤用於為 Gazebo 模擬器提供額外的物理屬性（如材料、摩擦、剛度 kp, kd）和外掛（如差動驅動外掛）。
▪
材質：可以在 URDF 中指定 Gazebo 內建材質，為機器人鏈結添加顏色。
▪
外掛：例如 libgazebo_ros_diff_drive.so 差動驅動外掛，用於實現機器人的運動控制，並發布里程計和 TF。
2.
Gazebo 世界文件 (.world):
◦
定義 Gazebo 模擬環境，包括地面、光源和其他預設模型。
3.
ROS2 啟動文件 (.launch.py 或 .launch.xml):
◦
目的：啟動多個 ROS2 節點、設定參數和管理多個程序。
◦
Python 啟動文件 (.launch.py)：常用的啟動文件格式。
▪
導入模組：例如 LaunchDescription, Node, DeclareLaunchArgument, PathJoinSubstitution, FindPackageShare.
▪
模型路徑定義：使用 FindPackageShare (或 get_package_share_directory) 和 PathJoinSubstitution 動態獲取 URDF 文件路徑，確保跨平台和安裝位置的可靠性。
▪
GAZEBO_MODEL_PATH 環境變數：至關重要，確保 Gazebo 能找到模型。這通常在啟動文件中設定，將包含模型檔案的套件路徑添加到此環境變數中。
如果模型不在這個路徑中，可能會導致錯誤或模型無法顯示。
▪
配置節點：
•
robot_state_publisher：讀取 URDF 並發布機器人 TF (轉換框架) 信息。
•
joint_state_publisher (可選 _gui)：發布機器人各個關節的狀態信息，對於控制或視覺化關節非常有用。
•
gazebo.launch.py：從 gazebo_ros 套件啟動 Gazebo 模擬器，並指定要載入的世界文件。
•
spawn_entity.py：從 gazebo_ros 套件執行，用於將 URDF 模型實例化（生成）到 Gazebo 世界中。
需要提供模型名稱、URDF 內容（通常透過 robot_description 話題提供），以及初始位置和方向。
4.
套件依賴 (package.xml):
◦
確保在 package.xml 中聲明所有必要的依賴，例如 joint_state_publisher、robot_state_publisher、rviz、geometry_msgs 和 turtlesim (如果相關)。
#[ 操作流程 ]
1.
創建 ROS2 工作空間 (Workspace):
◦
在主目錄下創建一個資料夾，例如 ros2_ws。
◦
在其內部創建 src 資料夾：mkdir -p ros2_ws/src。
◦
導航至工作空間根目錄：cd ros2_ws。
◦
首次構建空工作空間：colcon build。這會生成 build、install 和 log 資料夾。
2.
創建 ROS2 套件 (Package):
◦
導航至 src 資料夾：cd src。
◦
使用 ros2 pkg create --build-type ament_python <package_name> 創建 Python 套件。例如 my_robot_controller。
3.
設置套件結構和文件:
◦
在你的套件資料夾內（例如 my_robot_controller），創建 launch 和 urdf 等自定義資料夾，用於存放啟動文件和 URDF 模型文件。
◦
將編輯好的 URDF 模型文件（例如 my_robot.urdf）放入 urdf 資料夾。
◦
創建 Gazebo 世界文件（例如 my_world.world）並放入一個約定的資料夾（例如 worlds 或 models）。
◦
創建 Python 啟動文件（例如 start_simulation.launch.py）並放入 launch 資料夾。
◦
重要：將啟動文件設置為可執行：chmod +x <launch_file.py>。
4.
編輯啟動文件內容:
◦
在你的啟動文件中，使用 FindPackageShare 和 PathJoinSubstitution 來動態獲取 URDF 文件和世界文件的路徑。
◦
設定 GAZEBO_MODEL_PATH 環境變數，指向你的模型所在的資料夾。
◦
實例化並配置必要的 ROS2 節點：
▪
gazebo.launch.py 來啟動 Gazebo 模擬器。
▪
robot_state_publisher 來發布機器人的 TF 信息。
▪
spawn_entity.py 來將 URDF 模型載入到 Gazebo 中，並指定模型的名稱、URDF 來源（通常是 robot_description 話題）和初始姿態。
5.
聲明依賴並配置安裝:
◦
在 package.xml 中添加所有必要的運行時依賴 (exec_depend) 和構建時依賴 (build_depend)。
◦
對於 C++ 套件：在 CMakeLists.txt 文件中，使用 install(DIRECTORY ... DESTINATION ...) 命令確保你的 launch、urdf 和模型相關資料夾及其內容被正確安裝到 ROS2 環境中。
◦
對於 Python 套件：如果你的 URDF 或世界文件不被 setup.py 直接處理，仍可能需要在 CMakeLists.txt 中使用 install(DIRECTORY ...) 來確保它們被正確安裝。
6.
構建套件 (Build the Package):
◦
導航回工作空間的根目錄。
◦
運行 colcon build 命令來編譯你的套件。
◦
對於 Python 開發，可以使用 --symlink-install 選項，它允許你在不重新構建的情況下，即時運行對 Python 代碼的修改。
7.
來源化工作空間 (Source the Workspace):
◦
每次打開新的終端時，或在你修改套件後，都需要運行 source install/setup.bash 命令。這會將你的自定義套件添加到環境變數中，使 ROS2 系統能夠找到並運行它們。這稱為「Overlay」，它疊加在 ROS2 的全局安裝「Underlay」之上。
8.
運行啟動文件:
◦
在終端中運行命令：ros2 launch <package_name> <launch_file_name.launch.py>。
◦
例如：ros2 launch my_robot_controller start_simulation.launch.py。
9.
驗證模型在 Gazebo 中顯示:
◦
啟動文件成功運行後，應會彈出 Gazebo 模擬器窗口，你應該能夠看到你的 URDF 模型出現在預定義的世界中。
◦
如果在 Gazebo 中看不到模型，請檢查終端輸出的錯誤信息，特別是關於模型路徑或物理屬性的警告。
透過以上步驟，你便能將 URDF 模型成功地載入到 Gazebo 模擬器中，並進行後續的測試與控制。
