Gazebo新增模型並控制模型運動作為動態障礙物(Ubuntu16.04, Gazebo7.16)，附錄動態連結庫和靜態連結庫區別

Gazebo作為一個運動模擬環境，可以直接載入編寫好的機器人模型（如TIAGo和Yumi等)，也可以自己構建多個運動模型，不過稍有難度。在構建複雜運動模型前，我們需要熟悉gazebo模型設定以及外掛編寫、生成。Gazebo官網有介紹如何搭建小車執行模型以及載入感測器，或者網上也有一些中文教程。

1. 編寫生成外掛的原始檔

Gazebo都是載入world檔案，然後world檔案中會載入各種模型，所以為了最後可以在world中設定模型的運動，一種方式就是在world檔案中載入模型時匯入外掛，所以我們需要編寫一個源程式（命名為animated_box.cc），以此來得到外掛。先新建一個目錄animal_box，裡面存放該原始檔。

#include <boost/bind.hpp>
#include <gazebo/gazebo.hh>
#include <ignition/math.hh>
#include <gazebo/physics/physics.hh>
#include <gazebo/common/common.hh>
#include <stdio.h>

namespace gazebo
{
  class AnimatedBox : public ModelPlugin
  {
    public: void Load(physics::ModelPtr _parent, sdf::ElementPtr /*_sdf*/)
    {

        this->model = _parent;

        //使用PoseAnimation類例項化一個物件，然後通過三個引數可設定運動模型名稱，運動持續時間以及是否迴圈執行
        gazebo::common::PoseAnimationPtr anim(new gazebo::common::PoseAnimation("test", 46.0, false));  
        
        //宣告一個控制模型位姿的物件
        gazebo::common::PoseKeyFrame *key;  


        //設定模型到達某位姿的時刻
        key = anim->CreateKeyFrame(0);
        key->Translation(ignition::math::Vector3d(2.5, 0, 0));
        key->Rotation(ignition::math::Quaterniond(0, 0, 0));

	    key = anim->CreateKeyFrame(21.0);
        key->Translation(ignition::math::Vector3d(2.5, 0, 0));
        key->Rotation(ignition::math::Quaterniond(0, 0, 0));

        key = anim->CreateKeyFrame(26.0);
        key->Translation(ignition::math::Vector3d(2.0, 0, 0));
        key->Rotation(ignition::math::Quaterniond(0, 0, 0));


        key = anim->CreateKeyFrame(31.0);
        key->Translation(ignition::math::Vector3d(1.5, 0, 0));
        key->Rotation(ignition::math::Quaterniond(0, 0, 0));


        key = anim->CreateKeyFrame(36.0);
        key->Translation(ignition::math::Vector3d(1.0, 0, 0));
        key->Rotation(ignition::math::Quaterniond(0, 0, 0));


        key = anim->CreateKeyFrame(41.0);
        key->Translation(ignition::math::Vector3d(0.5, 0, 0));
        key->Rotation(ignition::math::Quaterniond(0, 0, 0));


        key = anim->CreateKeyFrame(46);
        key->Translation(ignition::math::Vector3d(0, 0, 0));
        key->Rotation(ignition::math::Quaterniond(0, 0, 0));

        _parent->SetAnimation(anim);
    }

    private: physics::ModelPtr model;

    //通過事件響應來更新觸發程式
    private: event::ConnectionPtr updateConnection;
  };

  //在Gazebo模擬器中註冊該外掛
  GZ_REGISTER_MODEL_PLUGIN(AnimatedBox)
}

2. 編寫CMakeLists.txt文件

為了對上述原始檔進行編譯，我們使用cmake編譯，也是在animal_box目錄，新建一個CMakeLists.txt文件，內容如下圖，具體引數代表什麼意思，可以參考該Cmake文件。

cmake_minimum_required(VERSION 2.8 FATAL_ERROR)

find_package(Boost REQUIRED COMPONENTS system)
include_directories(${Boost_INCLUDE_DIRS})
link_directories(${Boost_LIBRARY_DIRS})

find_package(Protobuf REQUIRED)
find_package(gazebo REQUIRED)

set (CMAKE_CXX_FLAGS "${CMAKE_CXX_FLAGS} ${GAZEBO_CXX_FLAGS}")


include_directories(${GAZEBO_INCLUDE_DIRS})
link_directories(${GAZEBO_LIBRARY_DIRS})

//使用animated_box.cc原始檔生成外掛，libanimated_box.so庫檔案
add_library(animated_box SHARED animated_box.cc)

//在生成外掛過程中需要使用到的gazebo庫檔案
target_link_libraries(animated_box ${GAZEBO_LIBRARIES} ${Boost_LIBRARIES})

3. 編譯

此時我們還是在animal_box目錄下，新建一個build目錄，然後進入buid目錄右鍵開啟終端，輸入【cmake ..】命令，然後再輸入【make】命令就會在build目錄生成一個libanimated_box.so庫檔案，如下圖

  

4. 使用外掛 

在得到外掛後，我們需要將該外掛在一個world檔案中使用，仍舊是在animal_box目錄下新建一個animated_box.world檔案，然後加入如下程式碼。

<?xml version="1.0"?> 
<sdf version="1.4">
  <world name="animated_box_world">

    <!-- Ground Plane -->
    <include>
      <uri>model://ground_plane</uri>
    </include>

    <include>
      <uri>model://sun</uri>
    </include>

    <model name="box">
      <pose>2.5 0 0 0 0 0</pose>
      <link name="link">
        <collision name="collision">
          <geometry>
            <box>
              <size>0.3 0.3 1.5</size>
            </box>
          </geometry>
        </collision>

        <visual name="visual">
          <geometry>
            <box>
              <size>0.3 0.3 1.5</size>
            </box>
          </geometry>
        </visual>
      </link>

      <plugin name="push_animate" filename="libanimated_box.so"/>
    </model>        
  </world>
</sdf>

此時在animal_box目錄開啟終端，輸入命令【gazebo --verbose animated_box.world】,此時會報錯找不到libanimated_box.so檔案，當然了，因為我們的libanimated_box.so檔案不在gazebo預設查詢的庫目錄中，所以我們要將生成的庫檔案放入gazebo預設的庫目錄（/usr/lib/x86_64-linux-gnu/gazebo-7/plugins）中。由於許可權問題，我們使用sudo命令複製，在animal_box目錄下開啟終端，輸入如下指令，此時gazebo預設庫目錄下會出現libanimated_box.so檔案。

sudo cp build/libanimated_box.so /usr/lib/x86_64-linux-gnu/gazebo-7/plugins/libanimated_box.so

5. 執行效果 

 

附錄 

1. windows動態連結庫字尾名為.dll，靜態連結庫字尾名為.lib；Linux動態連結庫為.so檔案，靜態連結庫為.a

靜態連結庫會在程式連結階段和其他.o目標檔案（彙編階段生成）一起生成可執行檔案，因此在可執行檔案執行時，不再需要靜態庫檔案。而動態連結庫檔案只在程式執行時才被呼叫。因此可得靜態庫檔案和動態庫檔案的特點如下：

a. 因為所有相關靜態庫檔案被連結合成一個可執行檔案，所以佔用空間

b. 靜態庫檔案更新，那麼使用該檔案的程式得重新編譯生成再發布給使用者，導致使用者需要整個應用重新下載，全量更新。

 

c. 動態庫檔案更新，使用該檔案的程式不用重新下載，只需要更換動態庫檔案即可，增量更新。

d. 不同程式呼叫相同的庫，可以只有一份動態連結庫檔案，資源共享（所以也叫共享庫），而且節省空間。