传感器
注意： 本教程是 移动机器人教程 的延续。
本教程介绍如何向机器人和世界中的其他模型添加传感器，涉及三种传感器：IMU 传感器、接触传感器和激光雷达传感器，同时介绍如何使用 gz launch 仅用一个文件启动多个任务。
本教程涉及的所有插件的最终世界文件可在 此处 查看。gz-sim/examples/worlds 目录中还有大量包含各类传感器和执行器的世界示例。完整的传感器集合可在 gz-sensors 库 中查看。如使用 ROS，可在 此处 查看这些示例的启动和桥接配置。
如果 SDF 文件之前没有包含任何插件，直接添加新插件时默认插件不会被加载。在添加传感器之前，请确保在世界中添加一些常用的默认插件，以便正常使用 GZ GUI：
<sdf version='1.9'> <world name='demo'> <plugin filename="gz-sim-physics-system" name="gz::sim::systems::Physics"> </plugin> <plugin filename="gz-sim-scene-broadcaster-system" name="gz::sim::systems::SceneBroadcaster"> </plugin>
<!-- ... -->IMU 传感器
Section titled “IMU 传感器”惯性测量单元（IMU）以四元数形式输出机器人的 orientation（方向），三个轴（X, Y, Z）上的 angular_velocity（角速度），以及三个轴上的 linear_acceleration（线性加速度）。下面基于 moving_robot.sdf 世界进行修改：创建一个新文件 sensor_tutorial.sdf，将 moving_robot.sdf 中的内容复制进去。要定义 IMU 传感器，在 <world> 标签下添加以下代码：
<plugin filename="gz-sim-imu-system" name="gz::sim::systems::Imu"></plugin>此代码定义了世界中使用的 IMU 传感器插件。接下来，按如下方式将 IMU 传感器添加到机器人上：
<sensor name="imu_sensor" type="imu"> <always_on>1</always_on> <update_rate>1</update_rate> <visualize>true</visualize> <topic>imu</topic></sensor>传感器通常添加到模型的某个 link 上，这里将其添加到 chassis link 下。
各标签含义如下：
<always_on>：若为 true，传感器将始终按照更新速率更新。<update_rate>：生成传感器数据的频率。<visualize>：若为 true，传感器将在 GUI 中可视化。<topic>：发布数据的话题名称。
注意： 并非所有标签都被所有传感器支持。
读取 IMU 数据
Section titled “读取 IMU 数据”要读取 IMU 的数据，在一个终端中运行世界，然后按下播放按钮：
gz sim sensor_tutorial.sdf
在另一个终端中，运行：
gz topic -e -t /imu
最后一条命令监听通过 /imu 话题发送的消息。IMU 数据即上文提到的 orientation、angular_velocity 和 linear_acceleration，输出格式如下：
使用键盘上键向前移动机器人。注意先启用 Key Publisher 插件，移动后应能看到传感器值发生变化。
下面介绍另一种传感器：接触传感器。顾名思义，该传感器在接触到其他物体时会发出信号。接下来构建一个障碍物（墙壁）并为其添加接触传感器，这样当机器人撞到障碍物时会立即停止，避免损坏。首先构建障碍物：
<model name='wall'> <static>true</static> <pose>5 0 0 0 0 0</pose><!--pose relative to the world--> <link name='box'> <visual name='visual'> <geometry> <box> <size>0.5 10.0 2.0</size> </box> </geometry> <!--let's add color to our link--> <material> <ambient>0.0 0.0 1.0 1</ambient> <diffuse>0.0 0.0 1.0 1</diffuse> <specular>0.0 0.0 1.0 1</specular> </material> </visual> <collision name='collision'> <geometry> <box> <size>0.5 10.0 2.0</size> </box> </geometry> </collision> </link></model>这只是一个带有一个盒形 link 的简单模型。可参考 搭建机器人教程 学习如何构建模型。
现在运行世界，确保墙壁在仿真中正确出现：
接下来为墙壁添加接触传感器。与 IMU 传感器一样，首先定义 Contact 传感器插件：
<plugin filename="gz-sim-contact-system" name="gz::sim::systems::Contact"></plugin>现在可以将 contact 传感器添加到 wall 模型的 box link 上：
<sensor name='sensor_contact' type='contact'> <contact> <collision>collision</collision> </contact></sensor><sensor> 的定义很简单，只需指定传感器的 name 和 type。在 collision 标签中指定 box link 的碰撞体名称，即 collision。
还需要在 wall 模型下添加 TouchPlugin：
<plugin filename="gz-sim-touchplugin-system" name="gz::sim::systems::TouchPlugin"> <target>vehicle_blue</target> <namespace>wall</namespace> <time>0.001</time> <enabled>true</enabled></plugin>当墙壁被触碰时，TouchPlugin 会发布一条消息。插件的标签含义如下：
<target>：将与墙壁发生接触的目标物体，本例中是vehicle_blue。<namespace>：指定话题的命名空间。当机器人撞到墙壁时，会向/wall/touched话题发送消息。
在一个终端中运行世界：
gz sim sensor_tutorial.sdf
在另一个终端中，监听 /wall/touched 话题：
gz topic -e -t /wall/touched
使用键盘方向键控制机器人向前驶向墙壁。确保已点击播放按钮启动仿真，然后点击插件下拉列表（竖排省略号图标）并选择“Key Publisher”来启用 Key Publisher 插件。
当撞到墙壁时，在运行 gz topic -e -t /wall/touched 的终端中应能看到 data: true 消息。
接下来使用 TriggeredPublisher 插件让机器人在撞到墙壁时停止：
<plugin filename="gz-sim-triggered-publisher-system" name="gz::sim::systems::TriggeredPublisher"> <input type="gz.msgs.Boolean" topic="/wall/touched"> <match>data: true</match> </input> <output type="gz.msgs.Twist" topic="/cmd_vel"> linear: {x: 0.0}, angular: {z: 0.0} </output></plugin>如 移动机器人教程 所述，可以根据收到的输入发布输出。因此，当在 /wall/touched 话题上收到 data: true 时，就发布 linear: {x: 0.0}, angular: {z: 0.0} 使机器人停止。
激光雷达传感器
Section titled “激光雷达传感器”与其让机器人接触墙壁（可能造成损坏），不如使用激光雷达来替代接触传感器。Lidar 是“light detection and ranging”（光探测与测距）的缩写，可帮助检测机器人周围的障碍物。这里用它来测量机器人与墙壁之间的距离。
首先，创建一个坐标系（frame）来固定激光雷达。该代码应添加在 vehicle_blue 的 <model> 标签内，因为激光雷达坐标系连接到机器人的 chassis 上：
<frame name="lidar_frame" attached_to='chassis'> <pose>0.8 0 0.5 0 0 0</pose></frame>然后在 <world> 标签下添加此插件，以启用激光雷达传感器：
<plugin filename="gz-sim-sensors-system" name="gz::sim::systems::Sensors"> <render_engine>ogre2</render_engine> </plugin>在 chassis link 下添加激光雷达传感器：
<sensor name='gpu_lidar' type='gpu_lidar'>" <pose relative_to='lidar_frame'>0 0 0 0 0 0</pose> <topic>lidar</topic> <update_rate>10</update_rate> <ray> <scan> <horizontal> <samples>640</samples> <resolution>1</resolution> <min_angle>-1.396263</min_angle> <max_angle>1.396263</max_angle> </horizontal> <vertical> <samples>1</samples> <resolution>0.01</resolution> <min_angle>0</min_angle> <max_angle>0</max_angle> </vertical> </scan> <range> <min>0.08</min> <max>10.0</max> <resolution>0.01</resolution> </range> </ray> <always_on>1</always_on> <visualize>true</visualize></sensor>- 首先定义传感器的
name和type，然后定义其相对于lidar_frame的<pose>。 - 在
<topic>中指定发布激光雷达数据的话题。 <update_rate>是生成激光雷达数据的频率，本例中为10 Hz，即每0.1 秒一次。- 在
<horizontal>和<vertical>标签下，分别定义水平和垂直激光射线的属性。 <samples>是每次完整激光扫描周期生成的模拟激光射线数量。<resolution>：该数字乘以samples即可确定距离数据点的数量。<min_angle>和<max_angle>是生成射线的角度范围。- 在
<range>下，定义每条模拟射线的测距属性。<min>和<max>定义每条激光射线的最小和最大测距距离。- 这里的
<resolution>标签定义每条激光射线的线性分辨率。
<always_on>：若为 true，传感器将始终根据<update_rate>更新。<visualize>：若为 true，传感器将在 GUI 中可视化。
现在运行世界，点击左下角的播放按钮：
gz sim sensor_tutorial.sdf
查看 /lidar 话题上的激光雷达消息，特别是 ranges 数据：
gz topic -e -t /lidar
激光雷达消息具有以下属性：
message LaserScan{ Header header = 1;
string frame = 2; Pose world_pose = 3; double angle_min = 4; double angle_max = 5; double angle_step = 6; double range_min = 7; double range_max = 8; uint32 count = 9; double vertical_angle_min = 10; double vertical_angle_max = 11; double vertical_angle_step = 12; uint32 vertical_count = 13;
repeated double ranges = 14; repeated double intensities = 15;}现在机器人上已安装激光雷达，可以利用 ranges 数据让机器人避免撞墙。为此，需要编写一个简短的 C++ 程序，监听传感器数据并向机器人发送速度命令。该程序称为节点（node）。下面构建一个订阅 /lidar 话题并读取其数据的节点。请参考这个 教程 了解如何构建 publisher 和 subscriber 节点。完整的演示节点可从 此处 下载。
lidar_node 节点
Section titled “lidar_node 节点”std::string topic_pub = "/cmd_vel";gz::transport::Node node;auto pub = node.Advertise<gz::msgs::Twist>(topic_pub);声明一个向 cmd_vel 话题发布消息的 node，然后在该节点上注册发布者（advertise）。
void cb(const gz::msgs::LaserScan &_msg){ gz::msgs::Twist data;
bool allMore = true; for (int i = 0; i < _msg.ranges_size(); i++) { if (_msg.ranges(i) < 1.0) { allMore = false; break; } } if (allMore) //if all bigger than one { data.mutable_linear()->set_x(0.5); data.mutable_angular()->set_z(0.0); } else { data.mutable_linear()->set_x(0.0); data.mutable_angular()->set_z(0.5); } pub.Publish(data);}在回调函数内部，检查所有射线的测距值是否都大于 1.0。若是，则发布消息让机器人向前移动；否则让机器人旋转。
int main(int argc, char **argv){ std::string topic_sub = "/lidar"; // Subscribe to a topic by registering a callback. if (!node.Subscribe(topic_sub, cb)) { std::cerr << "Error subscribing to topic [" << topic_sub << "]" << std::endl; return -1; }
// Zzzzzz. gz::transport::waitForShutdown();
return 0;}在 main 函数中，订阅 lidar 话题，然后等待节点关闭。
下载 CMakeLists.txt，在 lidar_node 所在的同一目录下创建 build/ 目录：
mkdir buildcd build运行 cmake 并构建代码：
cmake ..make lidar_node在终端 1 中运行节点：
./build/lidar_node在终端 2 中运行世界：
gz sim sensor_tutorial.sdf可以看到机器人向前移动。接近墙壁时开始左转，直到安全后再继续前进（请务必点击左下角的播放按钮让机器人开始移动）。
Gazebo 启动文件
Section titled “Gazebo 启动文件”与其在两个不同终端中分别运行两个任务，不如创建一个启动文件，同时运行 sensor_world 和 lidar_node。打开文本编辑器，添加以下代码：
<?xml version='1.0'?><gz version='1.0'> <executable name='sensor-world'> <command>gz sim sensor_tutorial.sdf</command> </executable>
<executable name='lidar_node'> <command>./build/lidar_node</command> </executable>
</gz>启动文件是一个 XML 文件，只需在 <executable> 标签下定义要运行的命令。
第一个命令是 gz sim sensor_tutorial.sdf，用于启动世界。
第二个命令是 ./build/lidar_node，用于运行 lidar_node。
将文件保存为 sensor_launch.gzlaunch，然后使用以下命令运行：
gz launch sensor_launch.gzlaunch点击播放按钮启动仿真。此时机器人会移动并自动避开墙壁。
要为仿真添加更多内容，请阅读 下一个教程，了解如何向世界添加角色（Actor）。
本教程的视频演示可在 YouTube 频道观看：Gazebo tutorials: Sensors