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)

시스템 요구사항

• Ubuntu 24.04 LTS
• ROS 2 Jazzy
• Gazebo Harmonic (gz-sim 8)
• NVIDIA GPU (CUDA 지원) + 드라이버

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  # GPU 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	/velodyne_points	10 Hz	Gaussian stddev 0.008 m
IMU	Generic IMU	/imu	100 Hz	Gaussian (축별 상이)
GPS	Generic NavSat	/gps/fix	10 Hz	Gaussian stddev 0.00000045 deg (~0.05 m)
Camera	Generic Camera	/camera/raw	15 Hz	-

LiDAR 상세 (Native GPU LiDAR)

Gazebo Harmonic native gpu_lidar 센서를 사용합니다.

항목	값
센서 타입	gpu_lidar
수직 채널	32채널, -24.9° ~ 15°
수평 FOV	360° (1200 samples)
측정 범위	0.4 m ~ 200 m
노이즈	Gaussian (mean: 0, stddev: 0.008 m)

라이다 파라미터는 src/gazebo_harmonic/urdf/velodyne_VLP32C_gazebo.xacro에서 수정합니다.

Camera 상세

항목	값
해상도	1280 × 720 (HD)
FOV	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.

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

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)
• COVARIANCE_TYPE_DIAGONAL_KNOWN, STATUS_FIX 설정

오도메트리 및 TF

토픽	설명	TF
/odom	Ackermann 플러그인 기반 오도메트리 (odom → base_link)	/tf_gz 발행
/odometry/ground_truth	물리 엔진 기반 ground truth (world → base_link)	/tf 발행
/joint_states	모든 조인트 상태, 50 Hz	-

ROS-Gazebo 브리지 토픽

Gazebo 토픽	ROS 토픽	메시지 타입
/imu	/imu	sensor_msgs/Imu
/gps	/gps/raw	sensor_msgs/NavSatFix
/velodyne_points/points	/velodyne_points	sensor_msgs/PointCloud2
/cmd_vel	/cmd_vel	geometry_msgs/Twist
/clock	/clock	rosgraph_msgs/Clock
/odom	/odom	nav_msgs/Odometry
/odometry/ground_truth	/odometry/ground_truth	nav_msgs/Odometry
/joint_states	/joint_states	sensor_msgs/JointState
/camera/raw	/camera/raw	sensor_msgs/Image

의존성

1. Gazebo Harmonic 설치

Gazebo Harmonic 공식 설치 가이드를 참고하여 설치합니다.

2. ROS 패키지 설치

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

3. rosdep 의존성 설치

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

빌드

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

실행

Empty World (GPS 포함, 전체 기능)

ros2 launch gazebo_harmonic hunter_sim_start.launch.py

Baylands World

ros2 launch gazebo_harmonic hunter_simple_baylands.launch.py

키보드 원격 제어

ros2 run teleop_twist_keyboard teleop_twist_keyboard

rviz2 시각화

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

Fixed Frame을 base_link 또는 velodyne_sensor로 설정하세요.

월드 파일

파일	설명	물리 step
empty_with_gps.sdf	빈 평지 + GPS용 구면 좌표계 설정 (기본)	1 ms
simple_baylands.sdf	Baylands 지형 환경 (Fuel 모델 자동 다운로드)	40 ms

GPS 기준 좌표

월드	위도	경도	비고
empty_with_gps	37.2397°N	126.7736°E	한국

플러그인 목록

월드 플러그인 (SDF)

플러그인	역할
gz-sim-physics-system	물리 엔진
gz-sim-sensors-system	센서 처리 (ogre2 렌더러)
gz-sim-user-commands-system	GUI 명령 처리
gz-sim-scene-broadcaster-system	씬 브로드캐스트

로봇 플러그인 (URDF/Xacro)

플러그인	역할
gz-sim-ackermann-steering-system	조향 + 구동 제어, /odom 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