URDF 內的 LiDAR 表示及 Gazebo 驅動模擬

 

1. URDF 內的 LiDAR 是怎麼表示的

• 在 URDF/Xacro 中，LiDAR 本體會是一個 link（例如 lidar_link），通常是個小圓柱體（僅供視覺化）。

• 接著用一個 joint（通常是 fixed）把 lidar_link 固定到 base_link 或車體上。

• 在 LiDAR link 裡，用 <gazebo> 標籤附加 Gazebo 插件，這樣模擬才會真的產生雷射掃描資料。

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2. libgazebo_ros_ray_sensor.so 插件

這是 gazebo_ros 套件提供的 Ray Sensor Plugin。它會把 Gazebo 模擬的 Ray sensor（光線投射）封裝成 ROS 2 的 Topic。

主要功能：

• 在 Gazebo 中模擬雷射掃描器（LiDAR）。

• 透過 ROS 2 topic 輸出 sensor_msgs/msg/LaserScan 或 sensor_msgs/msg/PointCloud2。

• 可設定角度範圍、解析度、更新頻率、噪聲模型。

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3. URDF / Xacro 實際範例

<!-- LiDAR 本體 link -->
<link name="lidar_link">
  <visual>
    <geometry>
      <cylinder length="0.05" radius="0.03"/>
    </geometry>
    <material>
      <color rgba="0 1 0 1"/>
    </material>
  </visual>
</link>

<!-- 固定在 base_link 上 -->
<joint name="lidar_joint" type="fixed">
  <parent link="base_link"/>
  <child link="lidar_link"/>
  <origin xyz="0.0 0.0 0.1" rpy="0 0 0"/>
</joint>

<!-- Gazebo 插件 -->
<gazebo reference="lidar_link">
  <sensor type="ray" name="lidar_sensor">
    <pose>0 0 0 0 0 0</pose>
    <visualize>true</visualize>
    <update_rate>10</update_rate>
    <ray>
      <scan>
        <horizontal>
          <samples>360</samples>
          <resolution>1</resolution>
          <min_angle>-3.14159</min_angle>
          <max_angle>3.14159</max_angle>
        </horizontal>
      </scan>
      <range>
        <min>0.12</min>
        <max>12.0</max>
        <resolution>0.01</resolution>
      </range>
      <noise>
        <type>gaussian</type>
        <mean>0.0</mean>
        <stddev>0.01</stddev>
      </noise>
    </ray>

    <!-- 插件: ROS 2 雷射轉換 -->
    <plugin name="gazebo_ros_ray_sensor" filename="libgazebo_ros_ray_sensor.so">
      <ros>
        <namespace>/</namespace>
        <remapping>scan:=/scan</remapping>
      </ros>
      <output_type>sensor_msgs/LaserScan</output_type>
      <frame_name>lidar_link</frame_name>
    </plugin>
  </sensor>
</gazebo>

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4. 關鍵說明

• <sensor type="ray">：告訴 Gazebo 這是一個 Ray Sensor（雷射）。

• <ray><scan>…</scan></ray>：定義雷射的掃描角度與分辨率（360 點、360°）。

• <plugin filename="libgazebo_ros_ray_sensor.so">：把 Gazebo 的 Ray Sensor 綁定到 ROS 2。

• <output_type>：決定輸出的資料型別（LaserScan / PointCloud2）。

• <remapping>：改 ROS topic 名稱（這裡輸出到 /scan）。

• <frame_name>：指定發送 TF 的 frame id（通常是 lidar_link）。

• 常見主題名稱：/scan（2D LaserScan）或 /points / /points_raw（PointCloud2）。實際名稱取決於你在 URDF/Gazebo 插件裡的 <remapping> 設定。

• 如何確認：

  ros2 topic list | grep -E 'scan|point'
  ros2 topic info /scan
  # 或
  ros2 interface show sensor_msgs/msg/LaserScan
  

• RViz2 顯示 LaserScan：

  1. 開 rviz2 → Fixed Frame 設 odom（或 base_link）。

  2. Add → By display type → LaserScan。

  3. Topic 選剛剛找到的 …/scan；Frame 會用 frame_id（常是 lidar_link）。

  4. 若看不到：在 LaserScan display 裡把 Size (m) 調到 0.02～0.05、確認時間同步（/clock）與 TF 完整。

• RViz2 顯示 PointCloud2（若輸出點雲）：

  1. Add → PointCloud2。

  2. Topic 選 /points（或你的點雲 topic）。

  3. Style 選 Points，Size 0.02～0.05。

小檢查：你現在 plugin 輸出的是 sensor_msgs/LaserScan 還是 sensor_msgs/PointCloud2？（告訴我型別，我幫你把 RViz 的設定精準化。）