Gazebo Plugin_Battery

Posted in Robotics

Gazebo Plugin 에 대한 기본적인 개념은 이전 페이지에서 언급했다. 참고 : https://eeoon.github.io/robotics/Gazebo_Plugin-content/
배터리 시스템을 Gazebo Plugin을 통해서 Custom 하는 간단한 예시를 진행하면서 Gazebo Plugin에 대해서 조금 더 깊게 알아보자.

배터리 시스템

배터리 시스템은 다양하게 구현될 수 있겠지만 기본적으로 대기전력, 소비전력만 고려하여 구현한다. (사실은 BMS(Battery Management System)에서는 비선형으로 전력소모를 고려하겠지만..)
대기전력 시스템을 고려하여 로봇이 움직이지 않더라도 배터리 소모가 어느정도 선형적으로 발생하는 것을 기본으로 로봇이 움직이는 경우에는 모터 드라이버의 전력 소모까지 고려하여 조금 더 큰 폭으로 배터리 소모가 진행될 수 있도록 하였다.

Gazebo Plugin (Custom)

Gazebo Plugin을 커스텀하기 위해서는 다음과 같이 진행한다.

Workspace에서 source file을 생성하고 Gazebo에 대한 해더파일을 참고할 수 있도록 한다.

 #include <gazebo/common/Plugin.hh>
 #include <rclcpp/rclcpp.hpp>
 #include <std_msgs/msg/float32.hpp>
 #include <std_msgs/msg/string.hpp>
 #include <gazebo_ros/node.hpp>
 #include <gazebo/physics/Model.hh>
 #include <gazebo/physics/World.hh>
 #include <gazebo/physics/Link.hh>
 #include <gazebo/physics/Joint.hh>
 #include <geometry_msgs/msg/twist.hpp>
 #include <gazebo/common/common.hh>
 #include <gazebo/common/Exception.hh>
 #include <gazebo/transport/transport.hh>
    
 // 이외 필요한 해더파일을 추가한다.

SDF 파일에서 parameter를 설정할 수 있도록 하기 위해서 다음과 같이 설정한다.

 // Read parameters from SDF
 if (_sdf->HasElement("topic_name"))
   topic_name_ = _sdf->Get<std::string>("topic_name");
 else
   topic_name_ = "battery_status";  // default value

배터리 정보의 토픽을 publish 하기 위한 부분 설정한다.

 battery_pub_ = node_->create_publisher<sensor_msgs::msg::BatteryState>(topic_name_, 10);

배터리 상태를 업데이트하는 callback 함수를 생성해서 구현한다.

 battery_charge_ -= scale_ * power_consumption * dt / 3600.0;  // Convert power (W) to energy (Ah)
 voltage_ = (battery_charge_ / capacity_) * constant_voltage_;
 double battery_percentage = (battery_charge_ / capacity_) * 100.0;

CMakeLists.txt 파일에서 Class 를 library에 추가하고 이외의 설정을 진행한다.

 cmake_minimum_required(VERSION 3.5)
 project(gazebo_battery_plugin)
    
 find_package(gazebo_ros REQUIRED)
 # ... 이외의 find_package 설정
 # ... ex, find_package(rclcpp REQUIRED)
    
 # include directories(
 include
 ${GAZEBO_INCLUDE_DIRS}
 ${rclcpp_INCLUDE_DIRS}
 # ... 이외의 include 설정
    
 # Build the plugin
 add_library(BatteryPlugin SHARED src/BatteryPlugin.cc)
 ament_target_dependencies(BatteryPlugin rclcpp std_msgs gazebo_ros geometry_msgs gazebo_dev sensor_msgs)
 target_link_libraries(BatteryPlugin ${GAZEBO_LIBRARIES})
    
 # install
 install(TARGETS BatteryPlugin
 LIBRARY DESTINATION lib
 )
    
 #ament_package()

build 폴더를 생성하고 cmake를 진행해서 build 파일에 plugin에 대한 lib를 생성한다
cd build
cmake ..
make
생성된 lib를 Gazebo 에서 plugin 할수 있도록 build 폴더를 참조할 수 있도록 한다.
export GAZEBO_PLUGIN_PATH=$HOME/gazebo_battery_plugin/build:$GAZEBO_PLUGIN_PATH

해당 plugin을 사용하기 위해서 이전에 다른 센서들의 plugin을 추가한 것 처럼 SDF 파일에서 설정한다.

  <!-- *********************** Battery STATE ***************************    -->
    
     <plugin name="BatteryPlugin" filename="libBatteryPlugin.so">
       <topic_name>battery_state</topic_name>
       <battery_charge>2.5</battery_charge>
       <scale>100.0</scale>
       <capacity>2.5</capacity>
       <voltage>39.6</voltage>
       <constant_voltage>39.6</constant_voltage>
       <lin_discharge_coeff>-1.0</lin_discharge_coeff>
       <design_capacity>3.3</design_capacity>
     </plugin>

토픽 데이터 확인
- topic : battery_state / battery_percentage
- battery_state 에서는 전압, 전류 등 sensor_msg 에 해당하는 데이터를 , battery_percentage는 battery_state 중, 배터리 잔량 표시를 출력한다.

참고 링크 : https://classic.gazebosim.org/tutorials?cat=guided_i&tut=guided_i5

Gazebo Plugin_Battery

배터리 시스템

Gazebo Plugin (Custom)

Youngman

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배터리 시스템

Gazebo Plugin (Custom)

Templates (for web app):

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