Gazebo Simulation

WARNING

Gazebo was previously known as "Gazebo Ignition" (while Gazebo Classic was previously known as Gazebo). See the official blog post for more information.

Gazebo is an open source robotics simulator. It supersedes the older Gazebo Classic simulator, and is the only supported version of Gazebo for Ubuntu 22.04 and onwards.

Supported Vehicles: Quadrotor, Plane, VTOL, Rover

INFO

See Simulation for general information about simulators, the simulation environment, and simulation configuration (e.g. supported vehicles).

Встановлення (Ubuntu Linux)

Gazebo Harmonic is installed by default on Ubuntu 22.04 as part of the normal development environment setup.

INFO

The PX4 installation scripts are based on the instructions: Binary Installation on Ubuntu (gazebosim.org).

WARNING

Gazebo Harmonic cannot be installed on Ubuntu 20.04 and earlier.

On Ubuntu 20.04 we recommend use Gazebo Classic. If you really must use Gazebo then you should update to Ubuntu 22.04.

Until November 2024 it is possible to install Gazebo Garden on Ubuntu 20.04. After that date Garden will reach end-of-life and should not be used.

Запуск симуляції

Gazebo SITL simulation can be conveniently run using a make command as shown below:

cd /path/to/PX4-Autopilot
make px4_sitl gz_x500

Це запускає як екземпляр PX4 SITL, так і клієнт Gazebo.

The supported vehicles and make commands are listed below. Note that all gazebo make targets have the prefix gz_.

Транспортний засіб	Команда	PX4_SYS_AUTOSTART
Quadrotor(x500)	make px4_sitl gz_x500	4001
X500 Quadrotor with Depth Camera (Front-facing)	make px4_sitl gz_x500_depth	4002
Quadrotor(x500) with Vision Odometry	make px4_sitl gz_x500_vision	4005
Quadrotor(x500) with 1D LIDAR (Down-facing)	make px4_sitl gz_x500_lidar_down	4016
Quadrotor(x500) with 2D LIDAR	make px4_sitl gz_x500_lidar_2d	4013
Quadrotor(x500) with 1D LIDAR (Front-facing)	make px4_sitl gz_x500_lidar_front	4017
VTOL	make px4_sitl gz_standard_vtol	4004
Plane	make px4_sitl gz_rc_cessna	4003
Advanced Plane	make px4_sitl gz_advanced_plane	4008
Differential Rover	make px4_sitl gz_r1_rover	4009
Ackermann Rover	make px4_sitl gz_rover_ackermann	4012

All vehicle models (and worlds) are included as a submodule from the Gazebo Models Repository repository.

WARNING

The Advanced Lift Drag Plugin that is required to run the Advanced Plane is not yet part of the Gazebo distribution, so the Advanced Plane will not yet fly: PX4-Autopilot#22337.

As a workaround to enable Advanced Plane, you can compile the gz-sim library from Gazebo source code, go into the build/lib directory, copy out the advanced lift drag plugin .so file (depending on the exact Gazebo Version this is called something along the lines of libgz-sim7-advanced-lift-drag-system.so), and paste this into the ~/.gz/sim/plugins folder.

Вищенаведені команди запускають єдиний засіб з повним користувацьким інтерфейсом. QGroundControl should be able to automatically connect to the simulated vehicle.

Автономний режим

Another way that Gazebo SITL can be connected is in standalone mode. У цьому режимі PX4 SITL і Gazebo запускаються окремо у своїх власних терміналах. За замовчуванням ці термінали знаходяться на одному й тому ж комп'ютері, але ви можете також під'єднати екземпляри SITL та Gazebo, які працюють на будь-яких двох пристроях в мережі (або навіть різних мережах, якщо ви використовуєте VPN для їх з'єднання).

You start PX4 in standalone mode by prefixing the make command with PX4_GZ_STANDALONE=1:

cd /path/to/PX4-Autopilot
PX4_GZ_STANDALONE=1 make px4_sitl gz_x500

PX4 SITL will then wait until it detects an instance of gz-server, and then connect to it.

INFO

If you have not yet started gz-server when you run the make command, you will see the following warning until gazebo has been started and an instance of gz-server is detected by PX4:

WARN [gz bridge] Service call timed out as Gazebo has not been detected

The simplest way to start the simulation is to use the Python script simulation-gazebo, which can be found in the Gazebo Models Repository repository. This can be used to launch a gz-server instance with any supported world and vehicle.

The script can be used without installing any additional dependencies, and will fetch the supported PX4 models and worlds on first use (by default) and save them to ~/.simulation-gazebo. При повторному запуску цей скрипт використає цю директорію для отримання моделей та світів. Therefore if you want to use your own model and run it in standalone mode, you will have to place its source code in ~/.simulation-gazebo.

You can fetch the script locally using any method you like, such as wget:

wget https://raw.githubusercontent.com/PX4/PX4-gazebo-models/main/simulation-gazebo

Скрипт може бути запущено так:

cd /path/to/script/
python3 simulation-gazebo

For more information and arguments, see Gazebo Models.

INFO

If make px4_sitl gz_x500 gives the error ninja: error: unknown target 'gz_x500' then run make distclean to start from a clean slate, and try running make px4_sitl gz_x500 again.

Режим без інтерфейсу

Можливо ви забажаєте запустити Gazebo у "режимі без інтерфейсу" (без графічного інтерфейсу Gazebo) оскільки він використовує менше ресурсів та не покладається на те, що ваша система має відеокарту яка належним чином підтримує рендеринг OpenGL. Це пришвидшує завантаження та запуск, та для багатьох простих випадків це може бути все що вам потрібно.

The simulation can be run in headless mode by prefixing the command with the HEADLESS=1 environment variable:

HEADLESS=1 make px4_sitl gz_x500

Вказання світу

Симуляція може бути запущена в певному світі додаванням бажаного світу до імені бажаного рухомого засобу. For example, to run the windy world with the x500 vehicle you can specify:

make px4_sitl gz_x500_windy

You can also specify the world using the PX4_GZ_WORLD environment variable:

PX4_GZ_WORLD=windy make px4_sitl gz_x500

The supported worlds are listed below.

World	Команда	Опис
default	make px4_sitl *	Порожній світ (сіра площина)
aruco	make px4_sitl *_aruco	Empty world with aruco marker for testing precision landing
baylands	make px4_sitl *_baylands	Світ Baylands оточений водою
lawn	make px4_sitl *_lawn	Lawn world for testing rovers
rover	make px4_sitl *_rover	Rover world (optimised/preferred)
walls	make px4_sitl *_walls	Wall world for testing collision prevention
windy	make px4_sitl *_windy	Порожній світ з увімкненим вітром

WARNING

Note that if no world is specified, PX4 will use the default world. However you must not explicitly specify _default on the model as this will prevent PX4 from launching. In other words, use make px4_sitl gz_x500 instead of make px4_sitl gz_x500_default for the default.

INFO

Baylands world throws a warning in Gazebo Harmonic because there are so many meshes. This can be ignored:

[Wrn] [SDFFeatures.cc:843] The geometry element of collision [collision] couldn't be created

Використання/Налаштування

Конвеєр запуску дозволяє дуже гнучке налаштування. Зокрема можливо:

• Почати нову симуляцію з довільним світом або під'єднатись до вже запущеної симуляції.
• Додати новий засіб до симуляції або поєднати новий екземпляр PX4 з вже наявним.

Ці сценарії керуються встановленням відповідних змінних середовища.

Синтаксис

Синтаксис запуску набирає форми:

ARGS ./build/px4_sitl_default/bin/px4

where ARGS is a list of environment variables including:

• PX4_SYS_AUTOSTART (Mandatory): Sets the airframe autostart id of the PX4 airframe to start.

• PX4_GZ_MODEL_NAME: Sets the name of an existing model in the gazebo simulation. Якщо вказано, скрипт запуску намагається прив'язати новий екземпляр PX4 до ресурсу Gazebo, що відповідає точно такому імені.

  • The setting is mutually exclusive with PX4_SIM_MODEL.

• PX4_SIM_MODEL: Sets the name of a new Gazebo model to be spawned in the simulator. Якщо вказано, скрипт запуску шукає модель у шляху ресурсів Gazebo, що відповідає даній змінній, відтворює її й пов'язує новий екземпляр PX4 з нею.

  • The setting is mutually exclusive with PX4_GZ_MODEL_NAME.

  INFO

  The environmental variable PX4_GZ_MODEL has been deprecated and its functionality merged into PX4_SIM_MODEL.

:::

• PX4_GZ_MODEL_POSE: Sets the spawning position and orientation of the model when PX4_SIM_MODEL is adopted. If provided, the startup script spawns the model at a pose following the syntax "x,y,z,roll,pitch,yaw", where the positions are given in metres and the angles are in radians.

  • If omitted, the zero pose [0,0,0,0,0,0] is used.
  • Якщо надано менше ніж 6 значень, то відсутні фіксуються на нулі.
  • This can only be used with PX4_SIM_MODEL (not PX4_GZ_MODEL_NAME).

• PX4_GZ_WORLD: Sets the Gazebo world file for a new simulation. If it is not given, then default is used.

  • Ця змінна ігнорується, якщо наявна модель вже запущена.
  • This value should be specified for the selected airframe but may be overridden using this argument.

• PX4_SIMULATOR=GZ: Sets the simulator, which for Gazebo must be gz.

  • This value should be set for the selected airframe, in which case it does not need to be set as an argument.

• PX4_GZ_STANDALONE: Lets PX4 know that it should not launch an instance of Gazebo. Gazebo will need to be launched separately, as described in Standalone Mode.

• PX4_GZ_SIM_RENDER_ENGINE: Sets the render engine to be used by gazebo.

  Рушій рендерингу за замовчуванням (OGRE 2) погано підтримується на деяких платформах/середовищах. Specify PX4_GZ_SIM_RENDER_ENGINE=ogre to set the rendering engine to OGRE 1 if you have rendering issues when running PX4 on a virtual machine.

The PX4 Gazebo worlds and and models databases can be found on Github here.

INFO

gz_env.sh.in is compiled and made available in $PX4_DIR/build/px4_sitl_default/rootfs/gz_env.sh

Приклади

Ось кілька прикладів різних сценаріїв, описаних вище.

1. Start simulator + default world + spawn vehicle at default pose

   PX4_SYS_AUTOSTART=4001 PX4_SIM_MODEL=gz_x500 ./build/px4_sitl_default/bin/px4

2. Start simulator + default world + spawn vehicle at custom pose (y=2m)

   PX4_SYS_AUTOSTART=4001 PX4_GZ_MODEL_POSE="0,2" PX4_SIM_MODEL=gz_x500 ./build/px4_sitl_default/bin/px4

3. Start simulator + default world + link to existing vehicle

   PX4_SYS_AUTOSTART=4001 PX4_GZ_MODEL_NAME=x500 ./build/px4_sitl_default/bin/px4

4. Start simulator in standalone mode + connect to Gazebo instance running default world

   PX4_GZ_STANDALONE=1 PX4_SYS_AUTOSTART=4001 PX4_SIM_MODEL=gz_x500 ./build/px4_sitl_default/bin/px4

   В окремому терміналі запустіть:

   python /path/to/simulation-gazebo

Додавання нових світів та моделей

SDF files, mesh files, textures and anything else to do with the functionality and appearance in Gazebo for worlds and models can be placed in the appropriate /worlds and /models directories in PX4-gazebo-models.

В межах PX4 дотримуйтесь наступних кроків, щоб додати моделі та світи.

Додавання моделі

Щоб додати нову модель:

1. Define an airframe configuration file.

2. Define the default parameters for Gazebo in the airframe configuration file (this example is from x500 quadcopter):

   PX4_SIMULATOR=${PX4_SIMULATOR:=gz}
   PX4_GZ_WORLD=${PX4_GZ_WORLD:=default}
   PX4_SIM_MODEL=${PX4_SIM_MODEL:=<your model name>}

   • PX4_SIMULATOR=${PX4_SIMULATOR:=gz} sets the default simulator (Gz) for that specific airframe.

   • PX4_GZ_WORLD=${PX4_GZ_WORLD:=default} sets the default world for that specific airframe.

   • Setting the default value of PX4_SIM_MODEL lets you start the simulation with just:

     PX4_SYS_AUTOSTART=<your new airframe id> ./build/px4_sitl_default/bin/px4

3. Add CMake Target for the airframe.

   • If you plan to use "regular" mode, add your model SDF to Tools/simulation/gz/models/.
   • If you plan to use standalone mode, add your model SDF to ~/.simulation-gazebo/models/

   Ви звичайно також можете використовувати обидва варіанти.

Додавання світу

Щоб додати новий світ:

1. Add your world to the list of worlds found in the CMakeLists.txt here. This is required in order to allow CMake to generate correct targets.

   • If you plan to use "normal" mode, add your world sdf to Tools/simulation/gz/worlds/.
   • If you plan to use standalone mode, add your world SDF to ~/.simulation-gazebo/worlds/

INFO

As long as the world file and the model file are in the Gazebo search path (GZ_SIM_RESOURCE_PATH) it is not necessary to add them to the PX4 world and model directories. However, make px4_sitl gz_<model>_<world> won't work with them.

Синхронізація часу PX4-Gazebo

На відміну від симуляторів Gazebo Classic та jMAVSim, PX4 та Gazebo не реалізують механізм синхронізації.

During Gazebo simulations PX4 subscribes to the Gazebo \clock topic and uses it as clock source. Це гарантує, що PX4 завжди чекатиме Gazebo перед тим як рухатися вперед у часі, навіть якщо Gazebo працює з фактором реального часу відмінним від 1.

Зауважте, однак, оскільки синхронізація відсутня, Gazebo ніколи не чекатиме завершення обчислень PX4. У найгіршому випадку, PX4 може повністю відключитися, а Gazebo продовжить виконання з очевидними аваріями дронів, що симулюються.

Симуляція кількох рухомих засобів

Симуляція кількох засобів підтримується на комп'ютерах з Linux.

For more information see: Multi-Vehicle Simulation with Gazebo

Подальша інформація

• px4-simulation-ignition