3、创建第一个机器人模型：用URDF描述底盘、加激光雷达、在Gazebo里跑起来

好，咱们正式开始动手了。

这一章的目标很明确：用URDF文件描述一个最简单的机器人——一个圆形底盘，顶上装一个激光雷达。然后把它扔进Gazebo里，看看能不能动起来。

你可能会问：URDF是什么？说白了，它就是机器人的“身份证”。告诉仿真器你的机器人长什么样、有多重、关节在哪、传感器装在哪。

3.1 URDF的基本结构

URDF文件用XML格式写。核心就两个东西：link 和 joint。

• link：机器人的一个刚体部件。比如底盘、轮子、雷达支架。
• joint：连接两个link的关节。可以是固定的，也可以旋转的。

我个人习惯，先画个草图再写代码。你想想看，一个机器人底盘，你总得知道它半径多少、高度多少吧？

3.2 编写第一个URDF：底盘

我们先写底盘。一个圆柱体，半径0.2米，高度0.15米。

<?xml version="1.0"?>
<robot name="my_robot">

  <link name="base_link">
    <visual>
      <geometry>
        <cylinder radius="0.2" length="0.15"/>
      </geometry>
      <material name="blue">
        <color rgba="0 0 0.8 1"/>
      </material>
    </visual>

    <collision>
      <geometry>
        <cylinder radius="0.2" length="0.15"/>
      </geometry>
    </collision>

    <inertial>
      <mass value="5.0"/>
      <inertia ixx="0.1" ixy="0" ixz="0"
                iyy="0.1" iyz="0"
                izz="0.1"/>
    </inertial>
  </link>

</robot>

嗯，这里要注意：inertia的值不能随便填。我见过有人全填0，结果Gazebo直接崩溃。对于圆柱体，你可以用公式算，或者参考ROS官方给的默认值。

3.3 添加激光雷达传感器

激光雷达不能直接贴在底盘上，那样视野会被挡住。我们需要加一个固定关节，把雷达支架抬高。

<link name="laser_link">
  <visual>
    <geometry>
      <box size="0.05 0.05 0.05"/>
    </geometry>
    <material name="red">
      <color rgba="0.8 0 0 1"/>
    </material>
  </visual>
  <collision>
    <geometry>
      <box size="0.05 0.05 0.05"/>
    </geometry>
  </collision>
  <inertial>
    <mass value="0.1"/>
    <inertia ixx="0.001" ixy="0" ixz="0"
              iyy="0.001" iyz="0"
              izz="0.001"/>
  </inertial>
</link>

<joint name="laser_joint" type="fixed">
  <parent link="base_link"/>
  <child link="laser_link"/>
  <origin xyz="0 0 0.2" rpy="0 0 0"/>
</joint>

这里origin xyz="0 0 0.2"表示雷达支架在底盘上方0.2米处。为什么是0.2？因为底盘高度0.15米，雷达装在顶上，再留点空间。

我在项目中遇到过一个问题：雷达的坐标系和底盘坐标系没对齐，导致建图时地图是歪的。所以rpy（翻滚、俯仰、偏航）一定要确认清楚。

3.4 在Gazebo中加载模型

URDF写好了，怎么让Gazebo认识它？你需要一个launch文件。

<launch>
  <!-- 启动Gazebo世界 -->
  <include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch">
    <arg name="paused" value="false"/>
    <arg name="use_sim_time" value="true"/>
  </include>

  <!-- 把机器人模型加载到参数服务器 -->
  <param name="robot_description" 
         textfile="$(find my_robot_description)/urdf/my_robot.urdf"/>

  <!-- 在Gazebo中生成机器人 -->
  <node name="spawn_urdf" 
        pkg="gazebo_ros" 
        type="spawn_model" 
        args="-param robot_description -urdf -model my_robot" />
</launch>

运行这个launch文件，你应该能看到Gazebo里出现一个蓝色圆柱体，顶上有个红色小方块。

3.5 让激光雷达真正工作

光有模型还不够，激光雷达要能发数据。你需要给laser_link添加Gazebo插件。

<gazebo reference="laser_link">
  <sensor type="ray" name="laser_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>0.1</min>
        <max>10.0</max>
        <resolution>0.01</resolution>
      </range>
    </ray>
    <plugin name="laser_controller" filename="libgazebo_ros_ray_sensor.so">
      <topicName>/scan</topicName>
      <frameName>laser_link</frameName>
    </plugin>
  </sensor>
</gazebo>

这段代码告诉Gazebo：在laser_link上装一个360度激光雷达，扫描范围0.1到10米，数据发布到/scan话题。

你可以在终端用rostopic echo /scan看看数据有没有出来。如果没数据，八成是插件路径不对，或者libgazebo_ros_ray_sensor.so没装。

3.6 本章知识体系

为了让你更直观地理解，我画了一张图：

3.7 常见问题与避坑

问题	原因	解决方法
模型在Gazebo里乱飘	缺少碰撞体或惯性参数	检查每个link是否有<collision>和<inertial>
激光雷达没数据	插件路径不对或没装	运行sudo apt install ros-noetic-gazebo-ros-pkgs
模型颜色不对	material定义错误	检查<material>标签内的rgba值
关节位置不对	origin坐标算错	用rviz可视化查看TF树

好了，这一章的内容就这些。你跟着做一遍，应该能看到一个蓝色底盘加红色雷达的模型在Gazebo里稳稳当当。下一章我们会给它装上轮子，让它跑起来。

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