Abstract-Simulators har spelat en avgörande roll i robotforskning som verktyg för snabba och effektiva tester av nya koncept, slategier och algoritmer. Hittills har de flesta simulatorer begränsats till 2D-världar, och få har mognat till den punkt där de är både mycket kapabla och lätt anpassningsbara. Gazebo är utformad för att fylla denna nisch genom att skapa en 3D dynamisk multi-robot miljö som kan återskapa de komplexa världar som kommer att mötas av nästa generation av mobila robotar. Dess öppen källkod stat~ls, finkornig coonlml, och hög trohet plats Gazebo i en unik position för att bli mer än bara B steg sten mellan ritbordet och verklig hårdvara: data visualisering, simulering av fjärrenvlronment, och wen omvänd konstruktion av blackbox @ems är alla möjliga tillämpningar. Gazebo The Player and Stage projekt har varit i utveckling sedan 2001, under vilken tid de har upplevt bred spridning användning i både akademi och industri. Spelaren är en nätverksansluten enhetsserver, och Stage är en simulator för stora populationer av mobila robotar i komplexa 2D-domäner. Ett naNra1-komplement för dessa två projekt är en hög trohet utomhus dynamik simulator; detta har tagit form i Gazebo projektet. Utvecklingen av Gazebo har drivits av den ökande användningen av robotfordon för utomhusbruk. Stage är ganska kapabelt att simulera samspelet mellan robotar i inomhusmiljöer, men behovet av en simulator som kan modellera utomhusmiljöer och ge realistisk sensor återkoppling har blivit uppenbart. Gazebo är därför utformad för att korrekt reproducera de dynamiska miljöer som en robot kan stöta på. Alla simulerade objekt har massa, hastighet, friktion och många andra attribut som gör att de kan bete sig realistiskt när de knuffas, dras, slås över eller transporteras. Dessa åtgärder kan användas som integrerade delar av ett experiment, t.ex. konstruktion eller födosök. Robotarna själva är dynamiska smcmres som består av stela kroppar som är sammankopplade via leder. Krafter, både angula och linjära, kan appliceras på ytor och leder för att generera rörelse och interaktion med en miljö. Själva världen beskrivs av landskap, extruderade byggnader och andra användarskapade objekt Nästan alla aspekter av simuleringen är kontrollerbara, från ljusförhållanden till friktionskoefficienter. Enligt de principer som fastställts av Player and Stage är Gazebo helt öppen källkod och fritt tillgänglig (en stor fördel jämfört med de flesta kommersiellt tillgängliga paket). Som ett resultat av detta har Gazebo en aktiv bas av bidragslämnare som snabbt utvecklar paketet för att möta deras ständigt föränderliga behov. Gazebo erbjuder en rik miljö för att snabbt utveckla och testa multirobotsystem på nya och intressanta sätt. Det är ett effektivt, skalbart och enkelt verktyg som också har potential att öppna robotforskningsområdet för ett bredare samhälle, vilket till exempel Gazebo övervägs för undervisning på grundnivå. Detta dokument beskriver den grundläggande arkitekturen i Gazebo-paketet, och illustrerar dess användning och extensibilitet genom ett antal fallstudier för användare. Vi ägnar också viss uppmärksamhet åt framtida riktlinjer för detta paket. Gazebo bas har utvecklats från grunden upp för att vara fullt kompatibel med Player-enheten server. Hårdvaran simulerad i Gazebo är utformad för att korrekt återspegla beteendet hos dess fysiska motsvarighet. Som ett resultat, ett klientprogram ser ett identiskt gränssnitt till en verklig och simulerad robot. Denna funktion gör det möjligt att sömlöst infoga Gazebo i utvecklingsprocessen för ett robotsystem. Även om det är kompatibelt med Player, Gazebo är inte tänkt som en ersättning för Stage simulator. Komplexiteten i att simulera stel kroppsdynamik i kombination med en 3D-miljö kan kraftigt beskatta även en högpresterande dator. Detta har effekten av att begränsa Gazebo till domänen några robotar, för närvarande i storleksordningen tio. Å andra sidan, Stage ger en robust och effektiv simulator för projekt som kräver stora robotpopulationer eller inte kräver den fulla kapaciteten hos Gazebo. Gazebo är långt ifrån det enda valet för en 3D-dynamiksimulator. Det är dock en av de få som försöker skapa realistiska världar för robotarna snarare än bara mänskliga användare. När mer avancerade sensorer utvecklas och införlivas i Gazebo kommer linjen mellan simulering och verklighet att fortsätta att suddas ut, men noggrannheten när det gäller robotsensorer och ställdon kommer att förbli ett övergripande mål. Några anmärkningsvärda system inkluderar COSIMIR [41, utvecklad vid Festo. Detta är ett kommersiellt paket som främst är utformat 2149 för industriell simulering av arbetsflöden med robotsystem, men är även tillämpligt på robotforskning. COSIMR har avancerade modelleringsmöjligheter och fysiska simuleringar som går långt utöver Gazebos kapacitet. Den innehåller många typer av gripdon, förmågan att programmera rörelser i icke-robotiska modeller såsom monteringslinjer, och har verktyg för analys av de simulerade systemen. Ett annat kommersiellt paket är Wehots (51 skapad av Cyberhotics. Wehots möjliggör skapandet av robotar med hjälp av ett bibliotek med fördefinierade ställdon och sensorer. När systemtester i simulatorn är klara kan en användare överföra sin kod till riktiga robotar. Webots huvudsakliga syfte är forskning och utveckling. Cyberbotics utvecklar också ett Player-gränssnitt för kompatibilitet med ett bredare utbud av enheter. Darwin2K 161 och OpenSim 171 representerar två robotsimulatorer med öppen källkod som utvecklats längs liknande linjer som Gazebo. Darwin 2K skapades av Chris Leger vid Camegie Mellon University som ett verktyg för sitt arbete med evolutionsrobotar. Denna simulator modellerar noggrant motor- och växelhuvuden i detalj samtidigt som den ger beräkningar av belastningen på strukturella kroppar. Darwin2K har ett starkt fokus på evolutionär syntes, design och optimering och är fortfarande en kapabel allmän simulator för dynamiska system. OpenSim, under utveckling av David lung, är en allmän öppen källkod robot simulator liknande i design ett syfte till Gazebo. Denna simulator använder sig av samma dud party-programpaket som Gazebo. och har några attraktiva funktioner för att bygga och debugging anikulerade ledkedjor. I.8 Förnyelse av bilaga I till förordning (EU) nr 1094/2010 och bilaga II till förordning (EU) nr 1094/2010, bilaga III till förordning (EU) nr 1094/2010, bilaga III till förordning (EU) nr 1094/2010, bilaga III till förordning (EU) nr 1094/2010, bilaga III till förordning (EU) nr 1094/2010 och bilaga III till den här förordningen. ARCHITECTURE Gazebos arkitektur har utvecklats genom ett par iterationer där vi lärde oss att på bästa sätt skapa ett enkelt verktyg för både utvecklare och slutanvändare. Vi insåg redan från början att ett viktigt inslag i Gazebo bör vara förmågan att enkelt skapa nya robotar, ställdon, sensorer och godtyckliga objekt. Som ett resultat, Gazebo upprätthåller en enkel API för tillägg av dessa objekt, som vi kallar modeller, och nödvändiga krokar för interaktion med klientprogram. Ett lager under detta API finns de thnd parti bibliotek som hanterar både fysik simulering och vlsualization. De särskilda bibliotek som användes valdes utifrån deras status med öppen källkod, aktiva användarbas och mognad. Denna arkitektur är grafiskt avbildad i figur 1. Världen representerar uppsättningen av alla modeller och miljöfaktorer såsom gravitation och belysning. Varje modell består av minst en kropp och ett antal leder och senson. Den lhird parti bibliotek gränssnitt med Gazebo på den lägsta nivån. Detta hindrar modeller från att bli beroende av specifika verktyg som kan förändras i framtiden. Slutligen, klientkommandon tas emot och data retumeras genom ett delat minne gränssnitt. En modell kan ha många gränssnitt för funktioner som exempelvis omfattar kontroll av leder och överföring av kamerabilder. Open Dynamics Engine [8], skapad av Russel Smith, är en allmänt använd fysikmotor i öppen källkodsgemenskapen. Den är utformad för att simulera dynamiken och kinematiken i samband med ledade stela kroppar. Denna motor innehåller många funktioner såsom många leder, kollisionsdetektering, massa och rotationsfunktioner, och många geometrier inklusive godtyckliga triangelmaskor (Figur 6 ). Gazebo använder dessa funktioner genom att tillhandahålla ett lager av abstraktion belägen mellan ODE och Gazebo modeller. Detta lager gör det enkelt att skapa både normala och abstrakta objekt som laserstrålar och markplan samtidigt som alla funktioner som ODE tillhandahåller. Med denna interna slutmodell -abstraktion, är det möjligt att ersätta den underliggande fysikmotorn, om ett bättre alternativ blir tillgängligt. En väl utformad simulator ger vanligtvis någon form av användargränssnitt, och Gazebo kräver en som är både sofistikerad och snabb. Hjärtat i Gazebo ligger i dess förmåga att simulera dynamik, och detta kräver betydande arbete för användarens dator. Ett långsamt och besvärligt användargränssnitt skulle bara minska simulatorns primära syfte. För att ta hänsyn till detta valdes OpenGL och GLUT (OpenGL Utility Toolkit) [9] som standardverktyg för visualisering. OpenGL är ett standardbibliotek för skapande av interaktiva 2D- och 3D-tillämpningar. Den är plattformsoberoende, mycket skalbar, stabil och ständigt utvecklande. Viktigare, många funktioner i OpenCL har varit
Gazebo REF ) är en 3D simulator för flera robotar.
Design and use paradigms for Gazebo, an open-source multi-robot simulator
{'venue': '2004 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) (IEEE Cat. No.04CH37566)', 'journal': '2004 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) (IEEE Cat. No.04CH37566)', 'mag_field_of_study': ['Computer Science']}