مدلسازی سه بعدی ربات در ROS
اولین گام برای ساخت یک ربات واقعی طراحی و مدلسازی آن است. برای مدلسازی سه بعدی یک ربات می‌توانیم از نرم‌افزارهای CAD نظیر CATIA ،SolidWorks، AutoCAD و امثال آن استفاده کنیم. یکی از اهداف مدلسازی یک ربات، استفاده از آن برای شبیه‌سازی است. در شبیه‌سازی است که می‌توان بدون صرف وقت و هزینه، عیوب و مشکلات طراحی را شناسایی و آنها را قبل از ساخت برطرف کرد.
مدلی که برای شبیه‌سازی استفاده می‌شود بایستی تمامی خواص فیزیکی ربات واقعی را داشته باشد، البته شکل ظاهری ربات می‌تواند ساده‌تر از مدل واقعی باشد.
در ROS از شبیه ساز قدرتمند Gazebo برای شبیه‌سازی رفتار ربات در شرایط گوناگون و بررسی عملکرد کنترل‌کننده‌ها و … استفاده می‌شود، اما لازمه استفاده از این شبیه‌ساز این است که ربات طبق استانداردهای ROS تعریف شده باشد. برای طراحی و ساخت مدل سه‌بعدی ربات، رآس بسته متایی به نام robot_model در اختیار دارد که شامل بسته‌هایی نظیر urdf، kdl_parser، robot_state_publisher، collada_urdf و امثال آن است که به ما کمک می‌کنند تا یک مدل سه‌بعدی از ربات را با تطبیق خوبی با واقعیت ایجاد کنیم.همچنین رآس این امکان را به ما می‌دهد تا فایل CAD طراحی شده برای اجزای ربات خودمان را نیز به آن بدهیم تا در نمایش گرافیکی شبیه‌سازی از آن استفاده کند.
در ادامه نحوه ایجاد یک ربات در رآس را به صورت گام به گام آموزش می‌دهیم.
بسته‌های ROS برای مدلسازی ربات
رآس دارای بسته‌های بسیار خوبی است که می‌توان از آنها برای مدلسازی سه‌بعدی ربات استفاده کرد. در این قسمت تعدادی از مهمترین بسته‌های مرسوم برای ساخت مدل ربات بررسی می‌شود.
- متا-بسته robot_model: این متا-بسته شامل بسته‌های مهمی برای مدلسازی است که از جمله مهمترین آنها به شرح زیر است:
- urdf: یکی از مهمترین بسته‌های موجود در متا-بسته robot_model، بسته urdf است. این بسته حاوی یک تجزیه‌‌کننده (پارسر) C++ برای فرمت یکپارچه تعریف ربات (URDF)، به صورت یک فایل xml برای بیان مدل ربات است.
- joint_state_publisher : این ابزار زمانی که مدل ربات را با استفاده از urdf طراحی می‌کنیم بسیار به ما کمک می‌کند. این بسته حاوی نودی به نام joint_state_publisher است که مدل تعریف شده برای ربات را می‌خواند سپس مفاصل آن را شناسایی کرده و مقادیر ارسالی از کاربر را بر روی مفاصل اعمال می‌کند. امکان تغییر مقادیر هر کدام از مفاصل توسط جابجایی اسلایدر و نمایش گرافیکی حرکت ربات توسط Rviz قابل انجام است. در اینصورت کاربر در هنگام طراحی urdf این امکان را دارد تا دوران و انتقال هر مفصل را با استفاده از این ابزار به خوبی تشخیص بدهد.
- kdl_parser : کتابخانه سینماتیک و دینامیک(KDL) بسته‌ای در ROS است که می‌تواند با استفاده از اطلاعات فایل urdf یک زنجیره سینماتیکی از ربات ایجاد کند. از این زنجیره سینماتیکی برای انتشار حالت مفاصل و همچنین برای سینماتیک مستقیم و معکوس ربات استفاده می‌شود.
- robot_state_publisher : این بسته وضعیت فعلی مفاصل ربات را خوانده و سپس با توجه به روابط سینماتیکی ربات که در urdf تعیین شده است، موقعیت فضایی هر کدام از لینک‌ها را محاسبه می‌کند. لازم به ذکر است که موقعیت فضایی ربات در ROS به صورت ماتریس انتقال(tf) که بیانگر ارتباط بین دستگاه‌ها مختصات ربات است، منتشر می‌شود.
