[ROS] Gazebo 시뮬레이션 환경에 대해 알아보자.

Gazebo란?

자동 로봇을 위한 3D 시뮬레이션 환경으로, ROS와 함께 사용하거나 독립적으로 사용할 수 있다. (ROS와는 별개의 프로그램으로, 오픈 소스로 제공되는 가상 시뮬레이션 툴. ROS와 높은 호환성을 띄어 로보틱스 개발에 많이 이용된다.)

URDF, SDF, XACRO 등의 XML 문서로 로봇/가상환경을 Gazebo에 삽입하고 프로그램을 실행하면 로봇과 프로그램이 메시지를 주고받으며 동작하게 된다.

• 분산 시뮬레이션: 여러 서버에서 동작시켜 성능 향상 효과를 받을 수 있다.
• 동적 자산 로딩: 시뮬레이션 자산을 자동으로 Load하여 성능을 향상시킨다.
• 성능 조정: 실시간 속도, 또는 느리게/빠르게 조절하여 시뮬레이션 시간 단계를 조절할 수 있다.
• 플랫폼: Linux, Mac OS, Windows 등 다양한 플랫폼을 지원한다.
• ROS Melodic 환경에서 ROS 메시지를 자동으로 변환하여 읽을 수 있다.
• 깊이 카메라, LIDAR, IMU 등의 센서와 노이즈 모델 등을 사용할 수 있다.
• QtQuick 기반 그래픽 인터페이스를 사용하여 시뮬레이션을 시각화한다.

 

일반 가상 환경, 로봇 주행 트랙 등 테스트 환경을 구축하는 데 적합하며, ROS Dist별 다른 Release를 사용해야 한다.

• ROS Kinetic: Gazebo 7.x
• ROS Melodic: Gazebo 9.x
• ROS Noetic: Gazebo 11.x
• ROS2 Dashing: Gazebo 9.x
• ROS2 Eloquent: Gazebo 9.x
• ROS2 Foxy: Gazebo 11.x

ROS Dist는 OS(Ubuntu) 버전에 따라 다르므로, 확인 후 버전에 맞는 릴리즈를 이용해야 오류 없이 동작시킬 수 있다.

버전이 다를 경우 Gazebo 환경이 동작하지 않거나, ROS 환경에 에러가 발생할 수 있으므로 꼭 확인할 것!

 

 

Gazebo는 gazebo_ros 패키지를 통해 ROS와 양방향 통신한다.

 

Gazebo는 ROS에게 시뮬레이션된 센서와 물리 데이터를 전달, ROS는 Gazebo에게 액추에이터 명령을 전달한다.

 

데이터 스트림에 대한 일관된 이름, 데이터 형식을 사용하면 Gazebo가 로봇에 대한 ROS API와 정확하게 통신 가능.

→ 장치 구동기 수준 이상의 모든 로봇 소프트웨어는 실제 로봇과 시뮬레이터에서 똑같이 실행될 수 있다.

 

 

gazebo_ros 패키지란?

Gazebo 3D 시뮬레이터에서 로봇을 시뮬레이션하는 데 필요한 인터페이스를 제공하는 ROS 패키지 세트. ROS 메시지, 서비스 및 동적 재구성을 사용하여 ROS와 통합된다.

• 기존 ROS 플러그인과의 호환성
• 많은 시뮬레이션된 센서를 사용할 수 있음

 

 

장단점 ; 속도, 정확도, 그래픽스 품질, 차원성(2D/3D), 지원 센서 종류, 편의성, 지원 플랫폼 등에 따라 다름

스테이지, MORSE, VREP, turtlesim, MORSE, VREP 등

 

 

URDF

Unified Robot Description Format. 로봇 모델에 대한 정보들을 기술해 놓은 규격서(로봇의 모든 요소를 설명)로, Gazebo 환경을 구성하는 XML 파일이다. Gazebo에서 URDF 파일을 사용하여 제대로 작동하게 하려면 시뮬레이션 관련 태그를 추가해야 한다. (Gazebo는 URDF 파일을 자동으로 SDF 파일로 변환)

• URDF는 ROS에서 유용하게 표준화된 형식이지만, 기능이 부족한 측면이 있음 (단일 로봇의 운동학적/동적 특성만 개별적으로 지정 가능하며 로봇의 포즈 지정, 조인트 병렬 연결 불가)
• Gazebo에서 URDF의 단점을 해결하기 위해 만들어진 새로운 형식: SDF(Simulation Description Format)