Gazebo Harmonic 配置仿真环境

按照这个包的步骤来,最后启动

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ros2 launch gazebo_differential_drive_robot robot.launch.py

手动控制还是用cmd


Gazebo Harmonic 安装和常用命令

ubuntu 24.04安装jazzy后,对应的gazebo和以前不太一样了。我们需要安装的是 gazebo Harmonic

image.png

安装

安装过程参考 Gazebo Harmonic 和 ROS2 jazzy 安装和测试

最后还要安装

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sudo apt-get install -y ros-jazzy-ros-gz 
sudo apt-get install -y ros-jazzy-ros-gz-sim-demos
sudo apt-get install -y ros-jazzy-ros-gz-bridge
sudo apt-get install -y ros-jazzy-ros-gz-image
sudo apt-get install -y ros-jazzy-ros-gz-interfaces
sudo apt-get install -y ros-jazzy-ros-gz-sim
sudo apt-get install -y ros-jazzy-joint-state-publisher
sudo apt-get install -y ros-jazzy-xacro
sudo apt-get install -y ros-jazzy-teleop-twist-keyboard
sudo apt-get install -y ros-jazzy-teleop-twist-joy

基础命令

  • 启动命令: gz sim 或者 gz sim -v 4. -v: 指定日志详细级别,4 表示最高详细程度。

  • 可以使用-s(仅服务器)或-g(仅GUI)参数来分别运行服务器或GUI

插件的加载方式已被更改,需要在模型文件(SDF/URDF)或 Gazebo 的配置中添加。

  • 启动制定的sdf文件: gz sim shapes.sdf

启动之后,有3个进程: gz sim, gz sim server, gz sim gui

  • ROS2的方式启动: ros2 launch ros_gz_sim gz_sim.launch.py gz_args:=empty.sdf

  • 启动图像管道: ros2 launch ros_gz_sim_demos image_bridge.launch.py

重要的sdf文件: diff_drive_skid.sdf, actor.sdf

从ROS 2 Jazzy开始,Gazebo通过vendor包的形式在ROS包仓库中可用。如果您的包直接依赖于Gazebo库,而不是仅依赖于ros_gz,请参考相关文档学习如何使用Gazebo vendor包。

话题相关命令

gazebo的相关命令从ROS2里独立出来了

  • gz topic -l 显示所有话题

  • gz topic -it /model/tugbot/pose 显示话题信息,结果如下

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Publishers [Address, Message Type]:
tcp://172.27.36.158:38969, gz.msgs.Pose
No subscribers on topic [/model/tugbot/pose]
  • -et echo 话题
  • -ft 显示话题频率
  • -pt 发布话题

gz topic -h可显示其他命令

在新的架构中,Gazebo Sim 与ROS 2的集成通过ros_gz桥接包实现。该桥接包允许 ROS 2 和 Gazebo Sim 之间的消息传递

问题

docker里运行gazebo报错: libGL error: MESA-LOADER: failed to retrieve device information ,这是本机的显卡没装好


31007

gtest的使用

AddressSanitizer(ASan)的使用

ASan 是GCC 和Clang 编译器的一部分,所以无需单独安装.

AddressSanitizer与Valgrind相比

  1. Valgrind通过模拟CPU来检测内存错误,导致会以较慢的速度运行程序;而AddressSanitizer是在编译阶段插入检查的逻辑,执行速度比Valgrind快很多
  2. Valgrind是一个独立的工具,可以使用在任何程序上;而AddressSanitizer与编译器紧密集成,可以在构建时自动启用
  3. 在错误信息的展示上,AddressSanitizer提供的错误信息比Valgrind容易理解,但Valgrind更详细
  4. AddressSanitizer作为编译器的一部分,通过编译选项启用;而Valgrind作为独立的工具,需要更多的配置和学习才能使用
  5. AddressSanitizer通过编译时插桩和运行时检查来检测内存错误,误报率较低

AddressSanitizer能检测的错误类型
截图 2025-07-09 09-35-44.png

CMake中的设置:

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set(CMAKE_C_FLAGS "${CMAKE_C_FLAGS} -fsanitize=address")

set(CMAKE_CXX_FLAGS "${CMAKE_CXX_FLAGS} -fsanitize=address")

比如这样的典型代码

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Test* t = new Test();

ASan的报错如下
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=================================================================

==2816467==ERROR: LeakSanitizer: detected memory leaks

Direct leak of 8 byte(s) in 1 object(s) allocated from:

#0 0x72cdcdefe548 in operator new(unsigned long) ../../../../src/libsanitizer/asan/asan_new_delete.cpp:95

#1 0x5cbc2c68d2c3 in main /home/zzp/qt_projects/untitled/main.cpp:10

#2 0x72cdcd62a1c9 in __libc_start_call_main ../sysdeps/nptl/libc_start_call_main.h:58

#3 0x72cdcd62a28a in __libc_start_main_impl ../csu/libc-start.c:360

#4 0x5cbc2c68d1e4 in _start (/home/zzp/qt_projects/build-untitled-Desktop_Qt_5_9_9_GCC_64bit-Debug/untitled+0x21e4) (BuildId: 1061b9fe4580a7e3af28420ed615c3664d393550)

SUMMARY: AddressSanitizer: 8 byte(s) leaked in 1 allocation(s).


Groot的使用

缺点

  1. 对一个控制节点,用Create Subtree创建子树后,无法恢复不是子树的状态。在左侧的树列表里,千万不要删除任何树,否则无法恢复
  2. 有的人在groot里添加SetBlackboard设置黑板变量,有的人是在C++里设置,而平时看行为树逻辑一般都在groot里,会不知道C++里做了什么
  3. 如果当前行为树设计有错,比如有多余节点,groot无法使用保存按钮
  4. Groot中如果switch多设置了节点,Groot不会报错
  5. 非Pro版本无法搜索节点,而且不能搜索节点的输入输出接口,注释等内容,只能按节点名称搜索
  6. 新建空文件 —-> 保存文件,结果出现对话框: Please initalize new files on the disk before saving the project。这个现象说明了groot这个软件设计非常失败,我从没见过有哪个软件新建一个文件后还不能直接保存的,更可笑的是初始化的单词都是错的。这么低级的缺陷都有,还好意思对pro版本收费?需要到左侧的根节点,右键save保存,以后才能用保存按钮。
  7. 有时打开一个文件时间长了,拖动时发现不是手形的光标了,变成普通光标
  8. 缺少资料
  • Groot可以跨文件复制节点,跨版本也可以

Real Time Monitor Mode

目前只有Groot2 Pro版本可以使用

在版本4里,BT::PublisherZMQ已经消失了。取而代之的是BT::Groot2Publisher,可以这样用

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factory.registerBehaviorTreeFromFile("/home/user/test.xml");
auto tree = factory.createTree("test", maintree_bb);
// createTree之后,tick之前
BT::Groot2Publisher publisher(tree);

while (true)
{
tree.tickOnce();
tree.sleep(std::chrono::milliseconds(100) );
}

打开groot之后,点击Connect毫无反应,官方说明没有帮助,读源码发现构造函数里有默认端口号:Groot2Publisher(const BT::Tree& tree, unsigned server_port = 1667);

使用1667后就成功了。Host需要看情况作修改

截图 2025-07-05 16-40-03.png
参考: BT::Groot2Publisher Class Reference


行为树的节点

行为树是由控制节点、装饰节点、行为节点组成的一棵树。中间节点一般为控制节点和装饰节,用于控制行为树的执行流程,它们相对固定,一旦确定几乎不会变化。叶子节点由Action节点或Condition节点组成,使用者的大部分工作都是设计树的逻辑和行为节点。

节点的状态

行为树的每个节点都有一个返回值,平常用的最多的是:

  • 成功(Success)
  • 失败(failed)
  • 运行中(running):表示当前帧没有执行完成、下帧继续执行。

完整枚举值:

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enum class NodeStatus
{
IDLE = 0,
RUNNING = 1,
SUCCESS = 2,
FAILURE = 3,
SKIPPED = 4,
};

节点调用status()可以获得当期的运行状态,返回值是NodeStatus。教程里说状态不能是IDLE,但我的行为树节点里调用status()常常发现状态就处在 IDLE,不明白为什么。

控制类节点

控制节点一般为中间节点,用于控制行为树的执行流程,决定了其子节点是以顺序、并行、随机或其它方式执行。

常用:AsyncFallback, AsyncSequence, Fallback, IfThenElse, Parallel, ParallelAll, ReactiveFallback, ReactiveSequence, Sequence, SequencewithMemory, Switch, WhileDoElse

  • 顺序节点

依次执行所有子节点,若当前子节点返回成功,则继续执行下一个子节点;若子当前节点返回失败,则中断后续子节点的执行,并把结果返回给父节点。节点1返回成功,继续执行节点2;节点2返回失败,则把结果返回给Sequences的父节点,节点3并不会执行。顺序节点相当于and语义。

  • 选择节点(Selector)

依次执行所有子节点,若当前子节点返回成功,则中断后续节点运行,并把结果返回给父节点。相当于or语义

当有的行为节点对应的代码执行较长,例如:播放动画,此时,这个行为节点会向父节点返回running,于是选择节点便不再执行后续节点,直接向父节点返回 running

  • 并行节点(Parallel)

依次执行所有子节点,无论失败与否,都会把所有子节点执行一遍。至于Parallel节点该返回什么值给父节点,这要看需求。比如:成功数 > 失败数返回成功,否则返回失败。

  • 随机节点(Random)

随机选择一个子节点来运行。机器人领域应该不会使用。在游戏设计里,AI角色每天会根据自己的心情选择是呆在家里、工作或是出门游玩,可以采用随机选择节点

  • 记忆节点(MemSequences、MemSelector)

使用很少。功能和顺序节点、选择节点类似,唯一不同是会保存当前执行进度(比如:保存当前子节点索引),下一帧继续执行当前节点,如果当前节点是中间节点,则会跳过前面的节点。

修饰节点(Decorator)

常用:Delay, ForceFailure, ForceSuccess, Inverter, KeepRunningUntilFailure, LoopDouble, LoopString, Precondition, Repeat, RetryUntilSuccessful, RunOnce, Timeout

  • 逆变节点(Inverter):tick孩子节点一次,孩子节点失败返回SUCCESS,成功返回FAILURE,孩子节点运行则返回RUNNING。也就是对子节点的返回值取反,相当于not语义,它只会有一个子节点
  • 成功节点 (ForceSuccessNode):tick子节点一次,不管其子节点返回何值,都会返回Success给父节点
  • 重复节点 (Repeater):重复执行n次子节点(n作为数据输入),直到子节点返回失败,则该节点返回FAILURE,若子节点返回RUNNING ,则同样返回RUNNING。
  • RetryNode: 最多tick子节点 n 次,(n作为数据输入),直到子节点返回成功,则该节点返回 SUCCESS,若子节点返回RUNNING ,则同样返回RUNNING
  • 执行一段时间(MaxTime):重复执行子节点一段时间

修饰节点RunOnce在调试时很有用,可以让某黑板变量赋值,然后让行为树开始运行,但又不会一直循环运行

action

动作节点通常实现服务客户端和动作客户端,也可以是一些简单的执行程序。action通常作为行为树中的叶子节点,负责具体行为和功能的实现。但这些具体的功能代码并没有在叶子节点中而是在对应的服务端。执行这种节点,可能只需要一帧就可以完成,也可能需要多帧才能完成。

它至少包含两个函数:

  • Init:用于初始化节点,比如读取配置数据初始化当前节点,只会执行一次。
  • OnTick:每一帧都会执行,节点的主要逻辑都在此函数中实现或调用。

常用: AlwaysSuccess, Script, SetBlackboard, sleep

condition

这是条件控制节点。比如判断电池电量,某一开关信号等等。


Nav2框架

安装

依赖项

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sudo apt install -y ros-jazzy-tf2*
rm ~/.config/ros.org/rqt_gui.ini
# 重启rqt,然后再rqt中plugin->visualization中可以看到到 tf tree

sudo apt-get install gazebo-ros-pkgs

sudo apt install -y ros-jazzy-navigation2
sudo apt install -y ros-jazzy-nav2-bringups
sudo apt install -y ros-jazzy-turtlebot3*
sudo apt install -y ros-jazzy-test-msgs ros-jazzy-geographic-msgs

下载jazzy分支的Navigation2,一般能正常编译。

在Nav2存储库的根目录中运行doxygen。它将生成一个包含文档的/doc/*目录。文档的入口点在浏览器中是index.html。

运行 Nav2 框架

使用 turtlebot3: ros2 launch turtlebot3_gazebo turtlebot3_world.launch.py

不需要设置 export GZ_SIM_RESOURCE_PATH

  • 手动控制: ros2 run turtlebot3_teleop teleop_keyboard


  • 建图程序: ros2 launch turtlebot3_cartographer cartographer.launch.py use_sim_time:=True


  • 保存地图: ros2 run nav2_map_server map_saver_cli -f test


  • 导航程序: ros2 launch turtlebot3_navigation2 navigation2.launch.py use_sim_time:=True map:=maps/test.yaml

节点和话题

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/amcl

/behavior_server
/bt_navigator
/bt_navigator_navigate_through_poses_rclcpp_node
/bt_navigator_navigate_to_pose_rclcpp_node

/collision_monitor
/controller_server
/docking_server
/global_costmap/global_costmap
/local_costmap/local_costmap

/launch_ros_3856071
/lifecycle_manager_localization
/lifecycle_manager_navigation
/map_server
/nav2_container
/planner_server
/robot_state_publisher
/ros_gz_bridge
/ros_gz_image
/rviz2
/rviz_navigation_dialog_action_client

/smoother_server
/velocity_smoother
/waypoint_follower

速度输出是 /cmd_vel_smoothed

问题

  1. 因为显卡的驱动问题,有时加载不出机器人的模型

ROS2中的有用工具

rqt_graph 能够可视化节点和主题之间的连接。这个命令和ROS1一样,也是ROS2为数不多的GUI可视界面


ros2doctor可以检测大概的ros2整体配置,ros2doctor并不是一个调错的工具,对你的代码调试没有帮助. 它一般查找你系统中警告部分,只有UserWarning: ERROR:开头的可能是错误。另外可以检查发布者没有订阅者的问题。

运行 ros2 doctor 或者 ros2 doctor --report


ROS2中的tf

tf

  • 可视化ROS2的tf树

ros2 run tf2_tools view_frames.py

  • ros2 run tf2_ros static_transform_publisher 1 2 3 0.5 0.1 -1.0 foo bar

  • ros2 run tf2_ros tf2_echo foo bar

运行结果:

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At time 197.27000000
- Translation: [0.008, -0.000, 0.064]
- Rotation: in Quaternion [-0.000, -0.001, -0.010, 1.000]
- Rotation: in RPY (radian) [-0.000, -0.002, -0.020]
- Rotation: in RPY (degree) [-0.001, -0.092, -1.160]
- Matrix:
1.000 0.020 -0.002 0.008
-0.020 1.000 0.000 -0.000
0.002 -0.000 1.000 0.064
0.000 0.000 0.000 1.000