运行时信息

本文档介绍 Quadrover 仿真运行时的 ROS 节点、话题与 TF 结构，供联调与对接外部算法时查阅。

适用 launch：quadrover_gazebo/spawn_quadrover_sensors.launch.py 及其上层封装（如 quadrover_bringup 下的场景 launch）。rviz:=true 时额外启动 RViz2。

本仿真包不发布 map→odom 或 odom→base_link TF。/odom/wheel 由 Gazebo DiffDrive 直接发布并经桥接输出，坐标系为 odom → base_link。

进程架构

仿真运行时包含 Gazebo 后端（非 ROS 节点）与若干 ROS 2 节点（经桥接通信）：

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│  Gazebo Sim（gz sim，非 ROS 节点）                            │
│  ├── 物理引擎、世界场景、Quadrover 模型                        │
│  ├── DrivePlugin / OdometryPublisher / JointState 插件       │
│  └── IMU / LiDAR / RGB-D 传感器                              │
└──────────────────────────┬──────────────────────────────────┘
                           │ GZ 话题
                           ▼
              ┌────────────────────────┐
              │  ros_gz_bridge         │  ← 传感器/控制桥接
              └───────────┬────────────┘
                          │ ROS 话题
          ┌───────────────┼───────────────┐
          ▼               ▼               ▼
  robot_state_publisher   rviz2      （外部节点，如 teleop）

组件	类型	一句话
Gazebo Sim	独立进程	在仿真世界中计算物理运动并生成传感器数据，是整个数字孪生的核心引擎。
`ros_gz_sim create`	一次性 CLI	将 URDF 模型实例化到 Gazebo 场景中，完成机器人「入场」的一次性操作。
`ros_gz_bridge`	ROS 节点	把 Gazebo 侧的数据与控制指令转换为 ROS 2 话题，是仿真与 ROS 生态之间的唯一通道。
`robot_state_publisher`	ROS 节点	根据 URDF 和关节状态发布机器人本体 TF，使传感器坐标系相对 `base_link` 可被正确定标。
`rviz2`	ROS 节点	实时可视化点云、图像与 TF，用于人工确认仿真输出是否正常。

ROS 节点

rviz:=true 时，ros2 node list 典型输出：

节点	包	一句话
`/ros_gz_bridge`	`ros_gz_bridge`	桥接 Gazebo 与 ROS 2，把仿真传感器、位姿和时钟暴露为 ROS 话题，并接收 `/cmd_vel` 驱动机器人。
`/robot_state_publisher`	`robot_state_publisher`	将 URDF 运动学链与 `/joint_states` 合成为 TF，让 LiDAR、相机等传感器拥有正确的空间参考。
`/rviz`	`rviz2`	订阅仿真话题并图形化展示，便于开发阶段快速验证数据流与机器人状态。
`/transform_listener_impl_*`	（RViz 内部）	RViz 内置的 TF 查询客户端，用于在可视化中解析坐标变换，无需关注。

`/ros_gz_bridge`

仿真与 ROS 之间的翻译层：没有它，Gazebo 内的传感器和控制插件无法被 ROS 节点订阅或驱动。

方向	话题	类型
订阅	`/cmd_vel`	`geometry_msgs/Twist`
订阅	`/clock`	`rosgraph_msgs/Clock`
发布	`/clock`	`rosgraph_msgs/Clock`
发布	`/odom/wheel`	`nav_msgs/Odometry`
发布	`/loc/gazebo`	`nav_msgs/Odometry`
发布	`/joint_states`	`sensor_msgs/JointState`
发布	`/imu/data`	`sensor_msgs/Imu`
发布	`/lidar/points`	`sensor_msgs/PointCloud2`
发布	`/camera/color/image_raw`	`sensor_msgs/Image`
发布	`/camera/color/camera_info`	`sensor_msgs/CameraInfo`
发布	`/camera/depth/image_raw`	`sensor_msgs/Image`
发布	`/camera/depth/camera_info`	`sensor_msgs/CameraInfo`

桥接 /cmd_vel、/odom/wheel、/joint_states 以及传感器话题。

`/robot_state_publisher`

负责维护机器人本体坐标系：它不处理定位，但确保各传感器相对底盘的位置关系正确，是点云投影、图像标注等算法的前提。

方向	话题	类型
订阅	`/joint_states`	`sensor_msgs/JointState`
订阅	`/clock`	`rosgraph_msgs/Clock`
发布	`/tf`	`tf2_msgs/TFMessage`
发布	`/tf_static`	`tf2_msgs/TFMessage`
发布	`/robot_description`	`std_msgs/String`

`/rviz`（可选）

开发调试用的可视化前端，不参与控制或定位，但能直观确认传感器数据是否按预期发布。

方向	话题	类型	说明
订阅	`/lidar/points`	`sensor_msgs/PointCloud2`	点云显示
订阅	`/camera/color/image_raw`	`sensor_msgs/Image`	RGB 图像
订阅	`/camera/depth/image_raw`	`sensor_msgs/Image`	深度图像
发布	`/clicked_point`	`geometry_msgs/PointStamped`	RViz 交互（无消费者）
发布	`/goal_pose`	`geometry_msgs/PoseStamped`	RViz 交互（无消费者）
发布	`/initialpose`	`geometry_msgs/PoseWithCovarianceStamped`	RViz 交互（无消费者）

话题详解

控制

`/cmd_vel`

属性	值
类型	`geometry_msgs/Twist`
发布者	外部节点（如 `teleop_twist_keyboard`）
订阅者	`/ros_gz_bridge` → Gazebo DrivePlugin

内容： 速度指令。linear.x 为前进速度（m/s），angular.z 为绕 z 轴角速度（rad/s）。

ros2 run teleop_twist_keyboard teleop_twist_keyboard

位姿

`/odom/wheel`

属性	值
类型	`nav_msgs/Odometry`
发布者	`/ros_gz_bridge`（← Gazebo DiffDrive）
频率	~30 Hz（配置值；实测约 28 Hz）
坐标系	`header.frame_id=odom`，`child_frame_id=base_link`

内容： 轮式里程计位姿与速度。由 DiffDrive 插件根据轮速积分，有累积漂移（仿真允许误差）。包含 pose.pose（位姿）、twist.twist（速度）；协方差当前均为 0。本包不将其转为 TF。

`/loc/gazebo`

属性	值
类型	`nav_msgs/Odometry`
发布者	`/ros_gz_bridge`（← Gazebo OdometryPublisher 插件）
频率	~30 Hz（配置值；实测约 28 Hz）
坐标系	`header.frame_id=map`，`child_frame_id=base_link`

内容： 仿真真值位姿。来自 Gazebo 物理引擎中的模型位姿，无噪声、无漂移，供 loc 层融合或算法评测。z 反映机器人在世界系中的实际高度（与 spawn_z 一致）。本包仅发布话题，不转为 TF。

本体状态

`/joint_states`

属性	值
类型	`sensor_msgs/JointState`
发布者	`/ros_gz_bridge`（← Gazebo JointStatePublisher）
订阅者	`/robot_state_publisher`
频率	随 Gazebo 物理步进（实测约 1 kHz 量级）

内容： 四个轮子关节状态：

关节名	说明
`left_front_wheel_joint`	左前轮
`left_rear_wheel_joint`	左后轮
`right_front_wheel_joint`	右前轮
`right_rear_wheel_joint`	右后轮

每条消息含 position（rad）、velocity（rad/s）、effort（N·m）。robot_state_publisher 据此发布轮子连杆动态 TF。

`/robot_description`

属性	值
类型	`std_msgs/String`
发布者	`/robot_state_publisher`

内容： xacro 展开后的完整 URDF 字符串。

传感器

`/imu/data`

属性	值
类型	`sensor_msgs/Imu`
发布者	`/ros_gz_bridge`
频率	~95 Hz（实测）
坐标系	`header.frame_id=imu_link`

内容： orientation（四元数）、angular_velocity（rad/s）、linear_acceleration（m/s²，静止时 z ≈ 9.8）。协方差均为 0。

`/lidar/points`

属性	值
类型	`sensor_msgs/PointCloud2`
发布者	`/ros_gz_bridge`（Gazebo `/lidar/scan/points` 经 remap）
频率	10 Hz（配置值）
坐标系	`header.frame_id=lidar_link`

内容： 3D 点云（lidar.xacro 配置）：

参数	值
水平	720 点，360°
垂直	16 线，±15°
量程	0.1 – 50 m
字段	`x`, `y`, `z`, `intensity`, `ring`
规模	`width=720`, `height=16`

`/camera/color/image_raw`

属性	值
类型	`sensor_msgs/Image`
发布者	`/ros_gz_bridge`
频率	15 Hz（配置值；实测约 10 Hz）

内容： RGB 图像，640×480，R8G8B8，水平 FOV 1.047 rad（≈60°）。

`/camera/color/camera_info`

属性	值
类型	`sensor_msgs/CameraInfo`
发布者	`/ros_gz_bridge`

内容： RGB 内参，fx/fy ≈ 554.38，cx=320，cy=240，distortion_model=plumb_bob。

`/camera/depth/image_raw`

属性	值
类型	`sensor_msgs/Image`
发布者	`/ros_gz_bridge`
频率	与 RGB 同步

内容： 深度图，640×480，量程 0.1 – 10 m。

`/camera/depth/camera_info`

属性	值
类型	`sensor_msgs/CameraInfo`
发布者	`/ros_gz_bridge`

内容： 深度相机内参，分辨率与 RGB 一致。

仿真时钟

`/clock`

属性	值
类型	`rosgraph_msgs/Clock`
发布者	`/ros_gz_bridge`（← Gazebo 仿真时钟）
订阅者	`/robot_state_publisher`、`/rviz` 等

内容： 仿真时间。各节点在 use_sim_time=true 下以此为准。

系统话题

话题	类型	说明
`/rosout`	`rcl_interfaces/Log`	节点日志
`/parameter_events`	`rcl_interfaces/ParameterEvent`	参数变更事件

TF 树

默认情况下，仿真运行时 /tf 仅含 URDF 定义的本体链（不含 map、odom 帧）：

base_link
├── camera_link          （静态，tf_static）
├── imu_link             （静态，tf_static）
├── lidar_link           （静态，tf_static）
├── left_front_wheel_link   （动态，随 joint_states 更新）
├── left_rear_wheel_link
├── right_front_wheel_link
└── right_rear_wheel_link

静态变换（/tf_static）：

父帧	子帧	平移 (x, y, z) m
`base_link`	`camera_link`	(0.30, 0, 0.075)
`base_link`	`imu_link`	(0, 0, 0)
`base_link`	`lidar_link`	(0, 0, 0.19)

动态变换（/tf）： 四轮连杆随 /joint_states 更新。RViz 预配置 Fixed Frame 为 base_link。

数据流

                         Gazebo Sim
                              │
         ┌────────────────────┼────────────────────┐
         │                    │                    │
    DrivePlugin         OdometryPublisher    传感器插件
         │                    │                    │
    /odom/wheel          /loc/gazebo      imu / lidar / camera
    /joint_states                             /clock
         │                    │                    │
         └────────────────────┼────────────────────┘
                              │
                      ros_gz_bridge
                              │
         ┌────────────────────┼────────────────────┐
         │                    │                    │
  robot_state_publisher      rviz2            外部算法节点
         │                                      （订阅传感器/位姿）
    /tf, /tf_static
    base_link → 传感器/轮子

发布频率参考

话题	频率 (Hz)	来源
`/clock`	~1000	Gazebo 物理步进
`/joint_states`	~1000	同上
`/imu/data`	~95	IMU 传感器
`/odom/wheel`	~30	DrivePlugin
`/loc/gazebo`	~30	OdometryPublisher 插件
`/lidar/points`	10	LiDAR 配置
`/camera/color/image_raw`	15	RGB 相机配置

调试命令

ros2 node list
ros2 topic list -t

ros2 topic echo /odom/wheel --field pose.pose
ros2 topic echo /loc/gazebo --field pose.pose

ros2 topic hz /odom/wheel
ros2 topic hz /loc/gazebo
ros2 topic hz /lidar/points

ros2 run tf2_tools view_frames
ros2 run teleop_twist_keyboard teleop_twist_keyboard

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Latest commit

History

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File metadata and controls

运行时信息

进程架构

ROS 节点

/ros_gz_bridge

/robot_state_publisher

/rviz（可选）

话题详解

控制

/cmd_vel

位姿

/odom/wheel

/loc/gazebo