ROS 2 集成

本教程介绍如何使用 ROS 2 与 Gazebo 进行通信。这种双向通信非常实用：既可以将 ROS 侧的数据（如关节状态、TF）或控制命令传递给 Gazebo，也可以反过来将 Gazebo 的数据发送到 ROS。此外，还支持在 RViz 中可视化由 Gazebo 世界仿真的机器人模型。

ros_gz_bridge

ros_gz_bridge 提供了一个网络桥接，能够在 ROS 2 与 Gazebo Transport 之间交换消息。它只支持特定的消息类型，请查看此 README 确认所需的消息类型是否受支持。

使用示例可在 ros_gz_sim_demos 中找到，其中包含覆盖所有主要驱动和传感器类型的演示 launch 文件。

手动启动桥接

可以初始化一个双向桥接，让 ROS 作为发布者、Gazebo 作为订阅者，也可以反过来。语法为 /TOPIC@ROS_MSG@GZ_MSG，其中 TOPIC 是 Gazebo 内部话题，ROS_MSG 是该话题的 ROS 消息类型，GZ_MSG 是 Gazebo 消息类型。

例如：

ros2 run ros_gz_bridge parameter_bridge /scan@sensor_msgs/msg/LaserScan@gz.msgs.LaserScan

ros2 run ros_gz_bridge parameter_bridge 命令用于运行 ros_gz_bridge 包中的 parameter_bridge 节点，其后指定消息要发布到的话题 /TOPIC。第一个 @ 符号分隔话题名称与消息类型，紧随其后的第一个类型就是 ROS 消息类型。

ROS 消息类型后面可以跟 @、[ 或 ] 符号，其中：

@ 表示双向桥接。
[ 表示从 Gazebo 到 ROS 的桥接。
] 表示从 ROS 到 Gazebo 的桥接。

请查看这些示例，了解如何建立从 ROS 到 Gazebo（以及反向）的通信连接。

也可以将 ros_gz_bridge 与 ROS Launch 配合使用，以 YAML 格式定义话题映射，在启动时交给桥接节点。

- ros_topic_name: "scan"
  gz_topic_name: "/scan"
  ros_type_name: "sensor_msgs/msg/LaserScan"
  gz_type_name: "gz.msgs.LaserScan"
  direction: GZ_TO_ROS  # BIDIRECTIONAL or ROS_TO_GZ

配置文件是一个 YAML 文件，定义了要桥接的 ROS 话题和 Gazebo 话题之间的映射。每一对要桥接的话题支持以下参数：

ros_topic_name：ROS 侧的话题名称。
gz_topic_name：Gazebo 侧对应的话题名称。
ros_type_name：该 ROS 话题的消息类型。
gz_type_name：该 Gazebo 话题的消息类型。
subscriber_queue：ROS 订阅者队列的大小。
publisher_queue：ROS 发布者队列的大小。
lazy：是否启用惰性订阅。如果没有真正的订阅者，桥接节点不会创建内部订阅者，这有助于提升性能。
direction：可指定为 GZ_TO_ROS、ROS_TO_GZ 或 BIDIRECTIONAL。

完整的有效配置文件示例见此文件。

使用 ros_gz_bridge 包自带的 launch 文件启动桥接

ros_gz_bridge 包中包含一个名为 ros_gz_bridge.launch.py 的 launch 文件，可用于启动 ROS 2 与 Gazebo 之间的桥接。

下面是一个示例：

ros2 launch ros_gz_bridge ros_gz_bridge.launch.py bridge_name:=ros_gz_bridge config_file:=<path_to_your_YAML_file>

使用组合（composition）启动：

ros2 launch ros_gz_bridge ros_gz_bridge.launch.py bridge_name:=ros_gz_bridge config_file:=<path_to_your_YAML_file> use_composition:=True create_own_container:=True

如果已经有一个正在运行的 container，也可以在启动桥接时通过 container_name 参数传入它的名称。关于组合的更多信息，请参阅组合。

查看源代码中的这一段，了解该 launch 文件接受的所有参数。

QoS 覆盖：

QoS 覆盖可以通过 launch 文件的 bridge_params 参数作为额外参数传给桥接节点。示例：

ros2 launch ros_gz_bridge ros_gz_bridge.launch.py bridge_name:=ros_gz_bridge config_file:=<path_to_your_YAML_file> bridge_params:={'qos_overrides./topic_name.publisher.durability': 'transient_local', 'qos_overrides./another_topic_name.publisher.durability': 'transient_local'}

传入 bridge_params 的内容可以省略以下字符：{}、空格（）、"、'。

关于使用 QoS 覆盖的更多信息，请参阅 ROS 文档。

从自定义 XML launch 文件启动桥接

你可以从自定义 launch 文件启动桥接。为此提供了 <ros_gz_bridge/> 标签，可以在 XML 或 YAML launch 文件中使用。此时，参数通过该标签的属性传入。下面是一个简化示例，更完整的示例请参阅此处：

<launch>
  <arg name="bridge_name" />
  <arg name="config_file" />
  <ros_gz_bridge
    bridge_name="$(var bridge_name)"
    config_file="$(var config_file)">
  </ros_gz_bridge>
</launch>

此时，<ros_gz_bridge> 的参数从命令行读取。这只是其中一种方式——也可以硬编码部分值，或者完全不使用命令行参数。

从自定义 Python launch 文件启动桥接

下面是一个从 Python 加载桥接的简化 launch 文件示例，更完整的示例请参阅这里：

from launch import LaunchDescription
from launch.actions import DeclareLaunchArgument
from launch.substitutions import LaunchConfiguration, TextSubstitution
from ros_gz_bridge.actions import RosGzBridge


def generate_launch_description():

    bridge_name = LaunchConfiguration('bridge_name')
    config_file = LaunchConfiguration('config_file')

    declare_bridge_name_cmd = DeclareLaunchArgument(
        'bridge_name', description='Name of ros_gz_bridge node'
    )

    declare_config_file_cmd = DeclareLaunchArgument(
        'config_file', description='YAML config file'
    )

    # Create the launch description and populate
    ld = LaunchDescription([
        RosGzBridge(
            bridge_name=LaunchConfiguration('bridge_name'),
            config_file=LaunchConfiguration('config_file'),
        ),
    ])

    # Declare the launch options
    ld.add_action(declare_bridge_name_cmd)
    ld.add_action(declare_config_file_cmd)

    return ld

将按键发布到 ROS

下面使用 Gazebo 的 Key Publisher 插件向 ROS 发送消息。

注意： 确保所有需要的工作空间（ROS、Gazebo 和 ros_gz 等）都已 source。

首先，启动一个 ROS 与 Gazebo 之间的桥接，指定 Key Publisher 插件发送消息的话题以及消息类型，如下所示：

ros2 run ros_gz_bridge parameter_bridge /keyboard/keypress@std_msgs/msg/Int32@gz.msgs.Int32

这里在 /keyboard/keypress 话题上建立了桥接，消息类型为 Int32。ROS 侧为 std_msgs/msg/Int32，Gazebo 侧为 gz.msgs.Int32。

在另一个终端中启动一个 Gazebo 世界，例如 empty.sdf：

gz sim empty.sdf

然后从右上角的下拉菜单中添加 Key Publisher 插件。

添加 Key Publisher 插件后的空世界

在另一个终端中启动 ROS 监听器：

ros2 topic echo /keyboard/keypress

该命令用于监听 /keyboard/keypress 话题上的消息。

在 Gazebo 窗口中按下键盘按键，监听器终端中应能看到接收到的数据。

接下来，可以尝试将数据从 ROS 发送到 Gazebo，或换用不同的数据类型和通信方向。

视频演示

本教程的视频演示可在 YouTube 频道观看：Gazebo tutorials: ROS 2 Foxy integration。

在 RViz 中可视化

进一步，可以试试 ros_gz_sim_demos 中的演示。

对于 sdf_parser 演示，需要在 colcon 工作空间中从源码安装 ros_gz 和解析器插件 sdformat_urdf。关于 sdformat_urdf 的更多信息，请参阅其文档。

设置 RViz 启动参数并运行演示 launch 文件：

ros2 launch ros_gz_sim_demos sdf_parser.launch.py rviz:=True

在 Gazebo 中启动仿真，等待几秒钟让 TF 发布。

在另一个终端中，发送 ROS 或 Gazebo 命令让车辆绕圈行驶：

gz topic -t "/model/vehicle/cmd_vel" -m gz.msgs.Twist -p "linear: {x: 1.0}, angular: {z: -0.1}"
ros2 topic pub /model/vehicle/cmd_vel geometry_msgs/msg/Twist "{linear: {x: 5.0, y: 0.0, z: 0.0}, angular: {x: 0.0, y: 0.0, z: -0.1}}

然后验证车辆在 Gazebo 和 RViz 中的轨迹是否一致。

Gazebo 与 RViz 同步显示车辆

关于该演示的实现细节，请参阅 ROS 2 互操作。

使用 ROS 2 仿真接口

ROS 2 仿真接口是一组用于控制和交互仿真环境的标准 ROS 2 service、message 和 action 定义。这些接口与具体的仿真器无关，不同的仿真器可以实现相同的接口，同时保持 API 一致。

Gazebo 已经实现了这些接口，支持以下操作：

生成和删除实体
控制仿真状态和时间步进
查询实体和世界状态
获取仿真器信息

完整的教程（包括每个接口的使用示例）请参阅使用 ROS 2 仿真接口与 Gazebo 交互。