Hunter Gazebo Harmonic Simulation

Gazebo Harmonic(gz-sim 8) + ROS 2 Jazzy 환경에서 동작하는 Hunter 로봇 시뮬레이션 패키지입니다.

패키지 구성

패키지	설명
`gazebo_harmonic`	시뮬레이션 환경, Launch 파일, URDF/SDF, 컨트롤러 설정, `gps_covariance_relay`/`vehicle_speed_publisher` 노드
`hunter_base`	Hunter 로봇 기본 URDF 모델(링크/휠/박스 분리 구성) 및 STL 메쉬 리소스
`external/RGLGazeboPlugin`	GPU 가속 LiDAR 시뮬레이션 플러그인 (Gaussian noise 추가)
`scout_base`	Scout 2.0 모델과 원본 DAE 메쉬
`limo_base`	LIMO 4륜 차동 모델

시스템 요구사항

Ubuntu 24.04 LTS
ROS 2 Jazzy
Gazebo Harmonic (gz-sim 8)
NVIDIA GPU (CUDA 지원) + 드라이버 — RGL 사용 시 필수

시스템 구성

URDF 구조

hunter_gazebo.xacro가 최상위 파일로, 두 패키지의 xacro를 조합합니다.

hunter_gazebo.xacro (robot name: hunter2)
├── gazebo_harmonic/urdf/
│   ├── hunter_base.xacro       # 마찰 계수, 재질, IMU/GPS 센서 플러그인
│   ├── gazebo_control.xacro    # Ackermann 조향, JointState, OdometryPublisher
│   ├── velodyne_VLP32C_gazebo.xacro  # RGL LiDAR 센서 설정
│   └── camera_gazebo.xacro          # 카메라 센서 플러그인
└── hunter_base/urdf/
    ├── base_link.xacro
    ├── front_box_link.xacro / rear_box_link.xacro
    ├── front_wheels.xacro / rear_wheels.xacro
    ├── velodyne_VLP32C.xacro   # LiDAR 링크/조인트 정의
    └── camera.xacro            # 카메라 링크/조인트 정의

for_rviz 플래그로 Gazebo/rviz2 간 비주얼을 분기합니다. logo 메쉬만 Gazebo 전용이며, body/shadow/lidar 메쉬는 양쪽 모두 표시됩니다.

조향 시스템

Hunter 로봇은 Ackermann Steering 구조를 사용합니다.

구동 방식: 후륜 구동(RWD), 전륜 조향
플러그인: gz-sim-ackermann-steering-system
물리 파라미터

항목	값
휠베이스	0.65142 m
휠 간격 (kingpin_width)	0.585 m
휠 반경	0.165 m
조향 제한	±0.461 rad
속도 제한	±10 m/s
가속도 제한	±5 m/s²

센서

센서	모델	토픽	주파수	노이즈
LiDAR	Velodyne VLP-32C (Ultra Puck)	`/velodyne_points`	10 Hz	Gaussian distance stddev_base 0.008 m
IMU	Generic IMU	`/imu`	100 Hz	Gaussian (축별 상이, 아래 표)
GPS	Generic NavSat	`/gps/fix`	10 Hz	Gaussian stddev 0.00000045 deg (~0.05 m)
Camera	Generic Camera	`/camera/raw`	15 Hz	-

LiDAR 상세 (RGL GPU LiDAR)

RGLGazeboPlugin을 사용한 하드웨어 가속 레이트레이싱 기반 LiDAR 시뮬레이션입니다. Gazebo 기본 gpu_lidar 대비 빠른 처리량을 제공합니다.

항목	값
플러그인	`rgl::RGLServerPluginInstance` (custom sensor)
패턴	Ultra Puck 프리셋 (VLP-32C 실제 채널 분포)
수직 채널	32채널, 비균일 분포
수평 FOV	360°
측정 범위	0.1 m ~ 200 m
노이즈	Gaussian distance (mean: 0, stddev_base: 0.008 m, stddev_rise_per_meter: 0)
출력 frame_id	`velodyne_sensor`

라이다 파라미터는 src/gazebo_harmonic/urdf/velodyne_VLP32C_gazebo.xacro에서 수정합니다. pattern_preset을 pattern_uniform으로 교체하면 수평 샘플 수, 수직 채널 수, 각도 범위를 직접 지정할 수 있습니다 (주석 처리된 예시 참고).

IMU 노이즈 파라미터

축	각속도 stddev (rad/s)	선가속도 stddev (m/s²)
X	0.012432	0.264649
Y	0.013663	0.406186
Z	0.211278	0.153983

Camera 상세

항목	값
해상도	1280 × 720 (HD)
FOV	2.0944 rad (≈120° 수평)
업데이트 주파수	15 Hz
클리핑	0.1 m ~ 100 m
마운트 위치	front_box 링크, LiDAR 전방 하부

카메라 파라미터는 src/gazebo_harmonic/urdf/camera_gazebo.xacro에서 수정합니다.

GPS 파이프라인

Gazebo /gps  →  ros_gz_bridge  →  /gps/raw  →  gps_covariance_relay  →  /gps/fix

gps_covariance_relay 노드는 공분산 정보가 없는 raw NavSatFix 메시지에 대각 공분산 행렬을 추가하여 표준 포맷으로 변환합니다.

수평/수직 분산: 0.0025 m² (= stddev 0.05 m, 파라미터로 조정 가능)
COVARIANCE_TYPE_DIAGONAL_KNOWN, STATUS_FIX, SERVICE_GPS 설정

차량 속도 토픽

vehicle_speed_publisher 노드는 /odometry/wheel의 twist.twist.linear.x를 추출해 /vehicle/speed (std_msgs/Float64)로 publish 합니다.

오도메트리 및 TF

토픽	설명	TF
`/odometry/wheel`	Ackermann 플러그인 오도메트리 (`odom` → `base_link`), 50 Hz	`/tf_wheel` 발행
`/odometry/ground_truth`	물리 엔진 ground truth (`world` → `base_link_ground_truth`), 50 Hz	`/tf_gt` 발행
`/joint_states`	모든 조인트 상태, 50 Hz	-

Ackermann 플러그인의 TF는 /tf_wheel로, OdometryPublisher의 TF는 /tf_gt로 분리되어 발행됩니다 (메인 /tf와 충돌 방지). 필요한 쪽을 /tf로 remap 해서 사용하세요.

정적 TF (launch에서 발행)

Gazebo 센서 frame 이름은 <model>/<link>/<sensor> 패턴입니다. URDF 링크와 매칭하기 위해 launch에서 다음 static TF를 발행합니다:

Parent	Child	Offset (xyz)
`velodyne_sensor`	`hunter2/base_link/velodyne_sensor`	0, 0, 0
`base_link`	`hunter2/base_link/imu_sensor`	0, 0, 0.05
`base_link`	`hunter2/base_link/navsat_sensor`	0, 0, 0.1
`camera_link`	`hunter2/base_link/camera_sensor`	0, 0, 0

RGL plugin은 <frame>velodyne_sensor</frame>를 직접 지정하므로 /velodyne_points의 frame_id는 항상 velodyne_sensor입니다.

ROS-Gazebo 브리지 토픽

Gazebo 토픽	ROS 토픽	메시지 타입
`/imu`	`/imu`	`sensor_msgs/Imu` (`gz.msgs.IMU`)
`/gps`	`/gps/raw` (remap)	`sensor_msgs/NavSatFix` (`gz.msgs.NavSat`)
`/velodyne_points`	`/velodyne_points`	`sensor_msgs/PointCloud2` (`gz.msgs.PointCloudPacked`)
`/cmd_vel`	`/cmd_vel`	`geometry_msgs/Twist` (`gz.msgs.Twist`)
`/clock`	`/clock`	`rosgraph_msgs/Clock` (`gz.msgs.Clock`, gz→ros only)
`/odometry/wheel`	`/odometry/wheel`	`nav_msgs/Odometry` (`gz.msgs.Odometry`)
`/odometry/ground_truth`	`/odometry/ground_truth`	`nav_msgs/Odometry` (`gz.msgs.Odometry`)
`/joint_states`	`/joint_states`	`sensor_msgs/JointState` (`gz.msgs.Model`)
`/camera/raw`	`/camera/raw`	`sensor_msgs/Image` (`gz.msgs.Image`, gz→ros only)

의존성

1. Gazebo Harmonic 설치

ROS 2 Jazzy 패키지(ros-jazzy-ros-gz)는 기본적으로 Gazebo Harmonic(gz-sim 8)을 사용합니다. 별도 Gazebo 설치는 필요 없으며, 직접 설치하려면 Gazebo Harmonic 공식 설치 가이드를 참고하세요.

2. ROS 패키지 설치

sudo apt install \
  ros-jazzy-ros-gz \
  ros-jazzy-ros-gz-sim \
  ros-jazzy-ros-gz-bridge \
  ros-jazzy-xacro \
  ros-jazzy-robot-state-publisher \
  ros-jazzy-teleop-twist-keyboard \
  ros-jazzy-tf2-ros

3. rosdep 의존성 설치

cd ~/dev/hunter_gazebo
rosdep install --from-paths src external --ignore-src -r -y

빌드

RGLGazeboPlugin은 external/에 있지만 colcon이 함께 빌드합니다 (별도 standalone build 불필요). RobotecGPULidar 라이브러리(.so)는 첫 빌드 시 자동 다운로드됩니다.

cd ~/dev/hunter_gazebo
colcon build
source install/setup.bash

빌드 결과:

install/RGLGazeboPlugin/RGLServerPlugin/ — 서버 플러그인 (libRGLServerPluginInstance.so, libRGLServerPluginManager.so)
install/RGLGazeboPlugin/RGLVisualize/ — GUI 플러그인
launch 파일이 GZ_SIM_SYSTEM_PLUGIN_PATH, GZ_GUI_PLUGIN_PATH, RGL_PATTERNS_DIR을 자동 설정하므로 별도 export 불필요

경고: RGLGazeboPlugin 패키지명이 ROS 명명 규칙(소문자/_)과 어긋나서 colcon이 경고를 출력합니다. 빌드 자체에는 영향 없음.

실행

Empty World (GPS 포함, 기본)

ros2 launch gazebo_harmonic hunter_sim_start.launch.py

Baylands World

ros2 launch gazebo_harmonic hunter_simple_baylands.launch.py

Scout 2.0

ros2 launch gazebo_harmonic scout_sim_start.launch.py

주요 토픽은 /cmd_vel, /scout/odometry, /scout/joint_states, /scout/scan, /scout/camera/*입니다.

LIMO

ros2 launch gazebo_harmonic limo_sim_start.launch.py

주요 토픽은 /cmd_vel, /limo/odometry, /limo/joint_states, /limo/scan, /limo/imu, /limo/camera/*입니다.

키보드 원격 제어

ros2 run teleop_twist_keyboard teleop_twist_keyboard

rviz2 시각화

시뮬레이션 launch와 동일한 환경(source된 셸)에서 실행:

source ~/dev/hunter_gazebo/install/setup.bash
rviz2

Fixed Frame을 base_link 또는 velodyne_sensor로 설정하세요.

월드 파일

파일	설명	물리 step	물리 엔진
`empty_with_gps.sdf`	빈 평지 + GPS용 구면 좌표계 (기본)	1 ms	DART (default)
`simple_baylands.sdf`	Baylands 지형 (Fuel 모델 자동 다운로드)	5 ms (200 Hz)	ODE

GPS 기준 좌표

월드	위도	경도	비고
empty_with_gps	37.2397°N	126.7736°E	한국
simple_baylands	37.4122°N	-121.9989°W	미국 캘리포니아

플러그인 목록

월드 플러그인 (SDF)

empty_with_gps.sdf

플러그인	역할
`gz-sim-physics-system`	물리 엔진 (DART)
`gz-sim-sensors-system`	센서 처리 (ogre2 렌더러)
`gz-sim-user-commands-system`	GUI 명령 처리
`gz-sim-scene-broadcaster-system`	씬 브로드캐스트
`rgl::RGLServerPluginManager`	RGL GPU LiDAR 씬 동기화 (lidar_link 내부 entity 무시)

simple_baylands.sdf — 위 외에 추가:

플러그인	역할
`gz-sim-contact-system`	접촉 감지
`gz-sim-imu-system` (world)	IMU 시스템
`gz-sim-air-pressure-system`	기압 센서
`gz-sim-apply-link-wrench-system`	외력/토크 적용
`gz-sim-navsat-system` (world)	GPS 시스템

로봇 플러그인 (URDF/Xacro)

플러그인	역할
`rgl::RGLServerPluginInstance`	GPU 가속 LiDAR 센서 (Ultra Puck 프리셋)
`gz-sim-ackermann-steering-system`	조향 + 구동 제어, `/odometry/wheel` 발행
`gz-sim-joint-state-publisher-system`	`/joint_states` 발행
`gz-sim-odometry-publisher-system`	ground truth 오도메트리 발행
`gz-sim-imu-system`	IMU 센서 처리
`gz-sim-navsat-system`	GPS 센서 처리
`gz-sim-sensors-system` (camera)	카메라 센서 처리

Name		Name	Last commit message	Last commit date
external/RGLGazeboPlugin		external/RGLGazeboPlugin
src		src
.gitignore		.gitignore
LICENSE		LICENSE
README.md		README.md

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