Gazebo Sim einrichten: Ein praktischer Leitfaden

Zusammenfassung

Gazebo Sim Fortress (v7.0.0) für ROS 2 und moderne Funktionen installieren:
```
sudo apt-get install ignition-fortress
```

Welten mit SDF erstellen (z. B. world.sdf):

<sdf version="1.9">
  <world name="default">
    <include file="plane.sdf"/>
    <include file="robot.urdf"/>
  </world>
</sdf>

Roboter über die Befehlszeile starten:
```
gz sim -v 4 -r empty.sdf robot.urdf
```
ROS 2 und Gazebo Sim mit folgendem Befehl verbinden:
```
ros2 launch ros_gz_bridge server_bridge.xml
```

Sensorrauschen in SDF hinzufügen:

<sensor name="noisy_lidar" type="gpu_lidar">
  <noise type="gaussian" mean="0.0" stddev="0.01"/>
</sensor>

Headless-Modus für CI/CD-Pipelines nutzen:
```
gz sim -v 4 -r world.sdf --headless
```

1. Gazebo Sim (Moderne Version) installieren

Gazebo Sim (ehemals Ignition Gazebo) ist der aktive Entwicklungszweig mit ROS 2-Unterstützung. Gazebo Classic sollte nur für veraltete ROS 1-Projekte verwendet werden.

Ubuntu 22.04/24.04 (Empfohlen)

# Gazebo Sim-Repository hinzufügen
sudo apt-get install software-properties-common
sudo sh -c 'echo "deb [arch=amd64] http://packages.osrfoundation.org/gazebo/ubuntu-stable $(lsb_release -cs) main" > /etc/apt/sources.list.d/gazebo-stable.list'

# GPG-Schlüssel importieren
wget http://packages.osrfoundation.org/gazebo.key -O - | sudo apt-key add -

# Gazebo Sim Fortress (LTS) installieren
sudo apt-get update
sudo apt-get install ignition-fortress

Installation überprüfen

gz sim --version

Erwartetes Ergebnis:

Gazebo Sim Fortress 7.0.0

Windows/macOS

Plattform	Befehl/Download-Link
Windows	Installer herunterladen (Erfordert VS 2022)
macOS	`brew install gz-sim7` (über Homebrew)

Installation aus dem Quellcode (Fortgeschrittene)

# Quellcode klonen und kompilieren (Linux/macOS)
git clone --recursive https://github.com/gazebosim/gz-sim.git
mkdir gz-sim/build && cd gz-sim/build
cmake .. -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release
make -j$(nproc)
sudo make install

Wichtige Hinweise:

Ubuntu 24.04: Stellen Sie sicher, dass libignition-math6 und libignition-transport11 installiert sind.
GPU-Rendering: Erfordert NVIDIA-Treiber für die Integration mit Omniverse (experimentell).
ROS 2: Installieren Sie ros-foxy-ros-gz-bridge oder ros-humble-ros-gz-bridge für Ihre ROS 2-Distribution.

2. Welten mit SDF erstellen

SDF (Simulation Description Format) ersetzt URDF in Gazebo Sim. Beginnen Sie mit einer Grundfläche und fügen Sie Modelle hinzu.

Eine einfache Welt (`world.sdf`) erstellen

<?xml version="1.0"?>
<sdf version="1.9">
  <world name="default">
    <!-- Grundfläche -->
    <include>
      <uri>model://ground_plane</uri>
    </include>

    <!-- Lichtquelle -->
    <light name="sun" type="directional">
      <pose>0 0 10 0 0 0</pose>
      <cast_shadows>true</cast_shadows>
    </light>

    <!-- Roboter wird später über die CLI gestartet -->
  </world>
</sdf>

Welt laden

gz sim -v 4 -r world.sdf

Befehlsoptionen:

-v 4: Ausführliche Protokollierung (Debug-Level).
-r: Weltdatei laden.

Roboter-Modell hinzufügen

Roboter-Modell herunterladen (z. B. TurtleBot3):
```
gz model --download turtlebot3_burger
```

Modell in world.sdf einbinden:

<include>
  <uri>model://turtlebot3_burger</uri>
  <pose>1 1 0 0 0 0</pose>
</include>

Wichtige Hinweise:

Modellpfade: Verwenden Sie model:// für integrierte Modelle oder absolute Pfade für benutzerdefinierte Modelle.
SDF-Version: Immer <sdf version="1.9"> für Gazebo Sim Fortress angeben.

3. Roboter und Sensoren starten

Roboter über die Befehlszeile starten

gz sim -v 4 -r empty.sdf -m robot.urdf

Befehlsoptionen:

-m: Modell aus einer URDF/SDF-Datei starten.

Sensoren dynamisch hinzufügen

gz model --spawn-file robot_sensor.sdf

Beispiel robot_sensor.sdf:

<model name="lidar">
  <include>
    <uri>model://hokuyo</uri>
    <pose>0.2 0 0.1 0 0 0</pose>
  </include>
</model>

Sensorrauschen konfigurieren

Rauschen zu Sensoren in SDF hinzufügen:

<sensor name="noisy_lidar" type="gpu_lidar">
  <pose>0.2 0 0.1 0 0 0</pose>
  <visualize>true</visualize>
  <update_rate>30.0</update_rate>
  <noise>
    <type>gaussian</type>
    <mean>0.0</mean>
    <stddev>0.01</stddev> <!-- 1 cm Rauschen -->
  </noise>
</sensor>

Tipps für Realismus:

Lidar: Verwenden Sie stddev="0.01" für 1 cm Rauschen.

Kamera: Linsenverzerrung hinzufügen:

<camera name="noisy_camera">
  <distortion>
    <k1>0.001</k1> <!-- Radiale Verzerrung -->
    <k2>0.0001</k2>
  </distortion>
</camera>

4. Integration mit ROS 2 über `ros_gz_bridge`

Gazebo Sim ersetzt gazebo_ros_pkgs durch ros_gz_bridge.

Brücke installieren

sudo apt-get install ros-<distro>-ros-gz-bridge

Ersetzen Sie <distro> durch Ihre ROS 2-Version (z. B. humble, foxy).

Brücke starten

ros2 launch ros_gz_bridge server_bridge.xml

Beispiel server_bridge.xml:

<launch>
  <node pkg="ros_gz_bridge" exec="parameter_bridge" name="parameter_bridge">
    <remap from="/clock" to="/clock"/>
    <param name="qos_overrides" value="/tf"/>
  </node>
  <node pkg="ros_gz_bridge" exec="create" name="create">
    <remap from="/cmd_vel" to="/diff_drive_controller/cmd_vel_unstamped"/>
  </node>
</launch>

Thema aus Gazebo Sim abonnieren

ros2 topic echo /model/turtlebot3_burger/odom

Wichtige Hinweise:

Themen-Namen: Gazebo Sim verwendet /model/<Modellname>/<Thema> (z. B. /model/turtlebot3_burger/odom).
Latenz: Fügen Sie qos_overrides für /tf hinzu, um Verzögerungen zu reduzieren.
Legacy ROS 1: Verwenden Sie ros1_bridge, falls ROS 1/2 gemischt werden.

5. System-Plugins für Gazebo Sim erstellen

Plugins erweitern die Funktionalität von Gazebo Sim (z. B. benutzerdefinierte Controller oder Sensoren).

Struktur eines Plugins

my_plugin/
├── CMakeLists.txt
├── plugin.cc
└── package.xml

Beispiel: Benutzerdefinierter Controller-Plugin

plugin.cc:

#include <gz/sim/System.hh>
#include <gz/transport/Node.hh>

class MyController : public gz::sim::System
{
public:
  MyController() : System() {}
  ~MyController() override {}

  void Init() override {
    this->node = std::make_unique<gz::transport::Node>();
    this->pub = this->node->Advertise<gz::msgs::Boolean>("~/cmd", 10);
  }

  void Reset() override {}

  void PreUpdate(const gz::sim::UpdateInfo &_info, const gz::sim::Entity &_entity) override {
    auto msg = std::make_shared<gz::msgs::Boolean>();
    msg->set_data(true);
    this->pub->Publish(msg);
  }

private:
  std::unique_ptr<gz::transport::Node> node;
  gz::transport::Publisher pub;
};

GZ_REGISTER_SYSTEM(MyController)

CMakeLists.txt:

cmake_minimum_required(VERSION 3.10)
project(my_plugin)

find_package(gz-sim REQUIRED)
find_package(gz-transport REQUIRED)

add_library(my_plugin SHARED plugin.cc)
target_link_libraries(my_plugin PRIVATE gz-sim gz-transport)

Plugin kompilieren und laden

mkdir build && cd build
cmake .. && make
gz sim -v 4 -r world.sdf --plugin libmy_plugin.so

Wichtige Hinweise:

Plugin-Pfad: Verwenden Sie --plugin oder setzen Sie die Umgebungsvariable GAZEBO_PLUGIN_PATH.
Abhängigkeiten: Verknüpfen Sie mit gz-sim und gz-transport.
Fehlerbehebung: Nutzen Sie -v 4 für ausführliche Plugin-Protokolle.

6. Sensorrauschen und Realismus

Gazebo Sim unterstützt physikbasiertes Rauschen und umweltbedingte Effekte.

Wind in einer Welt hinzufügen

<world name="default">
  <physics name="default_physics">
    <max_step_size>0.001</max_step_size>
    <real_time_factor>1</real_time_factor>
    <real_time_update_rate>1000</real_time_update_rate>
  </physics>
  <environment>
    <wind>
      <speed>2.0</speed> <!-- m/s -->
      <direction>0 0 1</direction> <!-- X Y Z -->
    </wind>
  </environment>
</world>

Rutschige Oberflächen simulieren

<model name="floor">
  <static>true</static>
  <link name="link">
    <collision name="collision">
      <surface>
        <friction>
          <ode>
            <mu>0.1</mu> <!-- Reibungskoeffizient -->
            <mu2>0.01</mu2>
          </ode>
        </friction>
      </surface>
    </collision>
  </link>
</model>

Checkliste für Realismus:

Gaußsches Rauschen für Sensoren mit dem <noise>-Tag hinzufügen.
ODE-Physik für realistische Kollisionen verwenden (<physics type="ode">).
Lichtverhältnisse mit <light>-Tags simulieren.
Kontaktkräfte für dynamische Wechselwirkungen aktivieren.

7. Kopflose Simulation für CI/CD

Führen Sie Gazebo Sim ohne GUI für Continuous Integration aus.

Kopfloser Modus

gz sim -v 4 -r world.sdf --headless

Befehlsoptionen:

--headless: GUI deaktivieren.
--api-key <key>: Erforderlich für Cloud-/Remote-Steuerung.

Beispiel für GitHub Actions

jobs:
  test:
    runs-on: ubuntu-24.04
    steps:
      - uses: actions/checkout@v4
      - name: Gazebo Sim installieren
        run: |
          sudo apt-get update
          sudo apt-get install ignition-fortress
      - name: Simulation ausführen
        run: |
          gz sim -v 4 -r world.sdf --headless --api-key dummy_key
          # ROS 2-Tests hier ausführen

Wichtige Hinweise:

API-Schlüssel: Erforderlich für Remote-Steuerung (verwenden Sie dummy_key für lokale CI).
Performance: Kopfloser Modus ist schneller, bietet aber keine GUI-Debugging-Möglichkeiten.
Protokolle: Weiterleiten der Ausgabe in eine Datei:
```
gz sim -v 4 -r world.sdf --headless > sim.log 2>&1
```

Was kommt als Nächstes?

Vollständigen Roboter-Stack testen:

TurtleBot3 mit ROS 2 und ros_gz_bridge simulieren.

Befehle ausführen:

gz sim -v 4 -r turtlebot3_world.sdf
ros2 launch ros_gz_bridge server_bridge.xml
ros2 launch turtlebot3_gazebo turtlebot3_empty_world.launch.py

Benutzerdefinierte Plugins erstellen:
- Einen **

Gazebo Sim einrichten: Ein praktischer Leitfaden

1. Gazebo Sim (Moderne Version) installieren

Ubuntu 22.04/24.04 (Empfohlen)

Windows/macOS

Installation aus dem Quellcode (Fortgeschrittene)

2. Welten mit SDF erstellen

Eine einfache Welt (`world.sdf`) erstellen

Welt laden

Roboter-Modell hinzufügen

3. Roboter und Sensoren starten

Roboter über die Befehlszeile starten

Sensoren dynamisch hinzufügen

Sensorrauschen konfigurieren

4. Integration mit ROS 2 über `ros_gz_bridge`

Brücke installieren

Brücke starten

Thema aus Gazebo Sim abonnieren

5. System-Plugins für Gazebo Sim erstellen

Struktur eines Plugins

Beispiel: Benutzerdefinierter Controller-Plugin

Plugin kompilieren und laden

6. Sensorrauschen und Realismus

Wind in einer Welt hinzufügen

Rutschige Oberflächen simulieren

7. Kopflose Simulation für CI/CD

Kopfloser Modus

Beispiel für GitHub Actions

Was kommt als Nächstes?

Quellen

The 30% Report

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Ubuntu 22.04/24.04 (Empfohlen)

Windows/macOS

Installation aus dem Quellcode (Fortgeschrittene)

2. Welten mit SDF erstellen

Eine einfache Welt (world.sdf) erstellen

Welt laden

Roboter-Modell hinzufügen

3. Roboter und Sensoren starten

Roboter über die Befehlszeile starten

Sensoren dynamisch hinzufügen

Sensorrauschen konfigurieren

4. Integration mit ROS 2 über ros_gz_bridge

Brücke installieren

Brücke starten

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5. System-Plugins für Gazebo Sim erstellen

Struktur eines Plugins

Beispiel: Benutzerdefinierter Controller-Plugin

Plugin kompilieren und laden

6. Sensorrauschen und Realismus

Wind in einer Welt hinzufügen

Rutschige Oberflächen simulieren

7. Kopflose Simulation für CI/CD

Kopfloser Modus

Beispiel für GitHub Actions

Was kommt als Nächstes?

Quellen

The 30% Report

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