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第 6 章 Gazebo 仿真入门

学习目标

• 理解 Gazebo 是什么、能仿真什么
• 明白 SDF/URDF、物理引擎、传感器仿真的基本概念
• 安装 Gazebo Harmonic 并启动一个空世界
• 通过 ros_gz 桥接观察 ROS 与仿真之间的数据流动

1. Gazebo 是什么

Gazebo 是一个机器人仿真器：在虚拟世界里模拟机器人、环境和物理规律。与 turtlesim 这种“示意图”不同，Gazebo 会认真计算：

• 物理引擎：重力、碰撞、摩擦力，机器人会真实地倒下、被撞开
• 传感器仿真：激光雷达、相机、IMU 可以输出接近真实的数据
• 机器人模型：从 URDF/SDF 描述的关节、连杆构成，关节可以驱动

在真机测试之前先在 Gazebo 里验证，成本低、零风险，是机器人开发的标配流程。

ROS 2 Jazzy 官方配套的是Gazebo Harmonic（新版 Gazebo，旧版叫 Gazebo Classic，两者不兼容，本教程全部使用 Harmonic）。

2. 核心概念

Gazebo 与 ROS 的关系

Gazebo 本身不依赖 ROS，两者通过ros_gz 桥接连接：

┌───────────┐ 话题/服务 ┌───────────┐ │ ROS 2 │◄──────────────►│ Gazebo │ │ 节点们 │ ros_gz_bridge │ 仿真世界 │ └───────────┘ └───────────┘

例如：

• 你的 ROS 节点向/cmd_vel发布速度 → 桥接转发 → Gazebo 里的机器人前进
• Gazebo 里传感器生成激光数据 → 桥接转发 → ROS 里/scan话题收到数据

3. 安装 Gazebo Harmonic

在容器里安装（约 1 GB，耐心等待）：

sudoaptupdatesudoaptinstall-yros-jazzy-ros-gz ros-jazzy-ros-gz-sim-demos

说明：

• ros-jazzy-ros-gz：ros_gz 元包，包含桥接（ros_gz_bridge）、仿真启动器（ros_gz_sim）和 Gazebo Harmonic 本体
• ros-jazzy-ros-gz-sim-demos：官方演示，下一章会用

验证安装：

ros2 pkg list|grepros_gz

4. 启动空世界

ros2 launch ros_gz_sim gz_sim.launch.py gz_args:=empty.sdf

这条命令同时做了两件事：启动 Gazebo（空世界）和启动桥接所需的 ROS 节点。桌面上会出现 Gazebo 窗口，显示一个空荡荡的世界（淡蓝色背景）。

如果窗口黑屏或渲染异常，确认容器启动时带了LIBGL_ALWAYS_SOFTWARE=1（见第 0 章）。窗口里的世界默认是暂停状态，点窗口底部中央的播放按钮开始仿真。

新开一个终端，查看现在有哪些话题：

dockerexec-itros2_learningbashsource/opt/ros/jazzy/setup.bash ros2 topic list

你会看到/clock、/world/empty/dynamic_pose/info等话题。其中：

• /clock：仿真时钟。ros2 topic echo /clock可以看到clock.sec不断增长
• /world/empty/...：世界状态信息，例如所有实体的位姿

查看节点列表，可以看到gz_server、gz_client等 ros_gz 启动的节点：

ros2nodelist

5. 往世界里放东西

Gazebo 自带一些模型。创建自己的世界文件~/my_world.sdf：

<?xml version="1.0"?><sdfversion="1.11"><worldname="my_world"><include><uri>model://sun</uri></include><include><uri>model://ground_plane</uri></include></world></sdf>

启动这个世界（首次会联网下载模型，耐心等待）：

cd~ ros2 launch ros_gz_sim gz_sim.launch.py gz_args:=-r\my_world.sdf

-r表示启动后立刻运行（不暂停）。这次世界里有了地面和阳光，接下来就可以往里面放机器人了——这正是下一章的内容。

6. 无头模式（可选）

如果只是想跑仿真不想看窗口（例如服务器上），可以加-s无头运行：

ros2 launch ros_gz_sim gz_sim.launch.py gz_args:=-s\empty.sdf

常见问题

练习题

1. 用ros2 topic echo /clock观察仿真时钟，说说它和你电脑系统时间的关系。
2. 在 Gazebo 窗口左侧的实体（Insert）面板中，从资源库里拖入一个模型到世界里，观察它的外观，并用ros2 topic list看看话题有什么变化。
3. 尝试无头模式运行空世界，然后用ros2 topic list对比有窗口模式的差异。