gazebo入门_Gazebo仿真控制中，有哪些你不知道的秘密？
大家好，我是(月更侠)小明，很高兴我们又见面啦。相信大家从我之前的文章中能看出来，我所讲的内容基本都面向ROS新人，因为大家刚入门时，往往很难一窥程序的深层运行逻辑，使得许多问题迟迟无法解决，甚是耽误时间。例如在和小伙伴们日常交流时，就反复遇到过一些关于Gazebo仿真控制的“经典”问题：
A 我的模型一直抖动，怎么办？
B PID参数该怎么设置啊？我怎么调都没用！
C 我必须要设置PID参数吗？如果不设置会怎么样
D gazebo_ros_control插件可以完成计算力矩控制等更加复杂的控制策略吗？
E 我的并联机器人模型只能用sdf创建，可以使用gazebo_ros_control进行控制吗？
......
通过本篇文章的分析，我们将揭晓这些问题的答案。
在Gazebo仿真中，我们最常使用的控制插件就是是gazebo_ros_control，它是ros_control针对Gazebo仿真开发的插件。
图 1 ros_control组成概览，其中左上角方框内就是gazebo_ros_control插件所实现的功能
该插件的详细使用方法，可参考古月居ROS探索总结系列的相关文章。简单来说，就是进行了如下三个操作：
图2 图3 由于质量属性\PID参数不合理，机械臂发生了细微的或鬼畜般的抖动。
B PID参数该怎么设置啊？我怎么调都没用！
答：自己努力吧孩子！还是如上一个问题所述，在仿真之前，先进行完整的控制理论推导，而非随便尝试。提供两个小技巧：动态配置插件Dynamic Reconfigure可以方便地动态调整PID参数，如图。另外尤其要注意一个问题：gazebo_ros_control对于PID中的积分增益i是默认锁定为0的，要想使用积分控制，需要在yaml文件中打开积分增益的上下限，否则无论怎么调积分增益都没有用的(坑...)。
图4 PID参数动态配置插件Dynamic Reconfigure
C 我必须要设置PID参数吗？如果不设置会怎么样
答：不是必要的，但推荐在yaml中设置PID参数。从源码中可以看到，gazebo_ros_control插件会自动判断用户是否在yaml文件中设置了PID参数。如果没有，当用户使用位置控制和速度控制时，就会调用Gazebo默认的位置和速度设置接口。而根据注释信息可以看到，如果你的Gazebo版本小于9，这样做就是有坏处的：仿真器不会模拟模型的重力，会导致动力学仿真异常。因此，我们最好还是在yaml文件中设置合理的PID参数。
图5 在gazebo9以前的版本中，一只手由于没有设置PID参数导致重力异常，悬浮在空中。
D gazebo_ros_control插件可以完成计算力矩控制等更加复杂的控制策略吗？
答：需要基于插件的自定义接口自己编写程序。从源码中看到，插件所提供的控制策略只有基本的PID控制，其输入量的计算只考虑了误差，并没有考虑任何动力学模型。详见control_toolbox项目下的src/pid.cpp文件。
E 我的并联机器人模型只能用sdf创建，可以使用gazebo_ros_control进行控制吗？
答：不可以。从源码看出，控制器类型等相关信息必须从urdf下的transmissions获取，甚至在注册关节限位时也使用了urdf类，而并没有支持sdf格式。不过，由于sdf是Gazebo默认的支持格式，有完整的官方文档提供，因此根据gazebo_ros_control的逻辑重新创建一个适用于sdf的控制插件其实并不困难。
图6 笔者利用sdf创建的六自由度并联机器人，使用自定义Gazebo控制插件
以上就是我们从源码中找到的答案，有没有解决你的一些疑惑呢？
如果你还想进一步交流，欢迎登录古月居网站，到这篇文章下给我留言，用户名也是小明工坊。微信公众号留言也可，但我需要拜托小编帮助回复，不能保证时效性。本次分享就到这里啦，期待我们下一次见面~
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图 1 ros_control组成概览，其中左上角方框内就是gazebo_ros_control插件所实现的功能
该插件的详细使用方法，可参考古月居ROS探索总结系列的相关文章。简单来说，就是进行了如下三个操作：
- 在机器人模型的URDF文件中，添加gazebo_ros_control插件，并添加transmission指明了各关节控制器的类型信息
- 建立一个yaml文件，用来定义各控制器的pid参数
- 建立一个roslaunch，用来加载模型、控制参数、控制器，并发布tf
- 定义了机器人的自由度数
- 从transmissions中获取各个关节接口类型，名称
- 判断是否使用PID控制，如果没有设置PID参数，则视为不使用PID
- 从gazebo模型中获取关节名称，并实例化各关节
- 为各个关节gazebo模型的行程设置上下限
- 从gazebo仿真器中读取个关节的当前状态
- 根据控制器类型将控制量写入仿真器
①力控制
力控制十分简单，直接将目标量写入了仿真器，其中SetForce()函数是Gazebo仿真器自带的关节力设置函数。case EFFORT:{ const double effort = e_stop_active_ ? 0 : joint_effort_command_[j]; sim_joints_[j]->SetForce(0, effort);}break;case POSITION_PID:{ double error; switch (joint_types_[j]) { case urdf::Joint::REVOLUTE: angles::shortest_angular_distance_with_limits(joint_position_[j], joint_position_command_[j], joint_lower_limits_[j], joint_upper_limits_[j], error); break; case urdf::Joint::CONTINUOUS: error = angles::shortest_angular_distance(joint_position_[j], joint_position_command_[j]); break; default: error = joint_position_command_[j] - joint_position_[j]; } const double effort_limit = joint_effort_limits_[j]; const double effort = clamp(pid_controllers_[j].computeCommand(error, period), -effort_limit, effort_limit); sim_joints_[j]->SetForce(0, effort);}break;case VELOCITY_PID: double error; if (e_stop_active_) error = -joint_velocity_[j]; else error = joint_velocity_command_[j] - joint_velocity_[j]; const double effort_limit = joint_effort_limits_[j]; const double effort = clamp(pid_controllers_[j].computeCommand(error, period), -effort_limit, effort_limit); sim_joints_[j]->SetForce(0, effort); break; # pid增益的正确配置姿势(如要使用积分控制，必须打开积分增益的上下限，否则默认均为0)joint1_position_controller: type: effort_controllers/JointPositionController joint: joint_1 pid: {p: 100.0, i: 1.0, d: 10.0, ,i_clamp_max: 0.0, i_clamp_max: 1.0}ROS_WARN_ONCE("The default_robot_hw_sim plugin is using the Joint::SetPosition method without preserving the link velocity.");ROS_WARN_ONCE("As a result, gravity will not be simulated correctly for your model.");ROS_WARN_ONCE("Please set gazebo_pid parameters, switch to the VelocityJointInterface or EffortJointInterface, or upgrade to Gazebo 9.");ROS_WARN_ONCE("For details, see https://github.com/ros-simulation/gazebo_ros_pkgs/issues/612");古月居原创作者签约计划已开启，网站(guyuehome.com)已上线【投稿】功能，欢迎大家积极投稿，原创优质文章作者将有机会成为古月居签约作者。
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