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# 5장 ROS 도구 활용하기
### 1. RQT(QT-based framework for GUI development for ROS)
#### 1. 1 Graph
현재 ROS상의 노드와 메세지간의 정보를 그래프형식으로 보여준다.
* 터틀심 노드 실행
```
rosrun turtlesim turtlesim_node
```
* 터틀심 원격조종 노드 실행
```
rosrun turtlesim turtle_teleop_key
```
* 노드 그래프 생성
```
rqt_graph
```
\
#### 2. Plot
메세지의 값에 대해 plot을 그리게 해준다.
```
rosrun turtlesim turtlesim_node
```
```
rosrun turtlesim turtle_teleop_key
```
* pose 메세지 plotting
```
rqt_plot /turtle1/pose/
```
\
\
터틀심 노드의 pose 메세지 값\
\
터틀심 노드의 pose - time plot
#### 3. Rosbag
메세지를 기록, 저장, 재생할 수 있게 해준다.
```
rosrun turtlesim turtlesim_node
```
```
rosrun turtlesim turtle_teleop_key
```
* 원하는 디렉토리에 다음 명령어를 실행하면 rosbag 파일이 기록된다. (ctrl+c로 기록을 종료할 수 있다.)
```
rosbag record -a
```
* rosbag파일의 정보를 보여준다.
```
rosbag info
```
* rosbag 파일을 재생한다.(기록된 메세지를 시간순서대로 퍼블리시한다.)
```
rosbag play
```
* rosbag 파일을 2배속도로 재생한다.
```
rosbag play -r 2
```
* 특정 메세지만 저장할 수 있다.(subset 파일에 저장된다.)
```
rosbag record -O subset /turtle1/cmd_vel /turtle1/pose
```
\
참고자료 :
#### 4. Custom plugins
그 외 유용한 RQT plugin
```
rosrun turtlesim turtlesim_node
```
```
rosrun turtlesim turtle_teleop_key
```
```
rqt
```
* **Easy Message Publisher** : 현재 토픽 리스트에 올라온 토픽 메세지를 GUI상에서 메뉴얼로 퍼블리싱 가능하게 해준다.
\
\
\
\
* **Topic Monitor** : 현재 토픽들의 값과 통신 속도를 실시간으로 모니터링 할 수 있다.
\
\
\
#### 5. Own plugins
자신만의 GUI와 기능을 갖는 plugin을 개발해 RQT상에서 사용할 수 있다.\
참고자료 :
### Rviz(ROS-visualization)
#### 1. IMU 센서
\
\
#### 2. Kinect
참고자료 : , 이상우님
#### 3. Simulation
로봇의 오도메트리, TF, 센서 정보 등을 실시간 시각화를 통해 3D 시뮬레이션을 할 수 있다.
```
sudo apt-get install ros-kinetic-joy ros-kinetic-teleop-twist-joy ros-kinetic-teleop-twist-keyboard ros-kinetic-laser-proc ros-kinetic-rgbd-launch ros-kinetic-depthimage-to-laserscan ros-kinetic-rosserial-arduino ros-kinetic-rosserial-python ros-kinetic-rosserial-server ros-kinetic-rosserial-client ros-kinetic-rosserial-msgs ros-kinetic-amcl ros-kinetic-map-server ros-kinetic-move-base ros-kinetic-urdf ros-kinetic-xacro ros-kinetic-compressed-image-transport ros-kinetic-rqt-image-view ros-kinetic-gmapping ros-kinetic-navigation ros-kinetic-interactive-markers
```
```
sudo apt-get install ros-melodic-joy ros-melodic-teleop-twist-joy ros-melodic-teleop-twist-keyboard ros-melodic-laser-proc ros-melodic-rgbd-launch ros-melodic-depthimage-to-laserscan ros-melodic-rosserial-arduino ros-melodic-rosserial-python ros-melodic-rosserial-server ros-melodic-rosserial-client ros-melodic-rosserial-msgs ros-melodic-amcl ros-melodic-map-server ros-melodic-move-base ros-melodic-urdf ros-melodic-xacro ros-melodic-compressed-image-transport ros-melodic-rqt-image-view ros-melodic-gmapping ros-melodic-navigation ros-melodic-interactive-markers
```
```
cd ~/catkin_ws/src/
```
```
git clone https://github.com/ROBOTIS-GIT/turtlebot3_msgs.git
```
```
git clone https://github.com/ROBOTIS-GIT/turtlebot3.git
```
```
git clone https://github.com/ROBOTIS-GIT/turtlebot3_simulations.git
```
```
cd ~/catkin_ws && catkin_make
```
* Rviz에 가상의 터틀봇3를 불러온다.
```
export TURTLEBOT3_MODEL=waffle
```
```
roslaunch turtlebot3_fake turtlebot3_fake.launch
```
* 터틀봇3 원격 조종 키 실행한다.
```
export TURTLEBOT3_MODEL=waffle
```
```
roslaunch turtlebot3_teleop turtlebot3_teleop_key.launch
```
```
rqt_graph
```
터틀봇3의 노드 그래프\
```
rosrun rqt_tf_tree rqt_tf_tree
```
터틀봇3의 TF Tree\
```
rostopic echo /odom
```
터틀봇3의 오도메트리 실시간 정보
(원격 조종 키를 사용하면 오도메트리를 시각화해서 볼 수 있고 값을 rostopic echo를 통해 실시간으로 확인할 수 있다.)\
#### 4. SLAM(Simultaneous Localization And Mapping)
SLAM을 할 때 지도의 작성과정을 시각적으로 보여준다.
* 가상 환경 불러오기
```
export TURTLEBOT3_MODEL=waffle
```
```
roslaunch turtlebot3_gazebo turtlebot3_world.launch
```
* 터틀봇3 SLAM 실행
```
export TURTLEBOT3_MODEL=waffle
```
```
roslaunch turtlebot3_slam turtlebot3_slam.launch
```
* 터틀봇3 원격 조종 키
```
export TURTLEBOT3_MODEL=waffle
```
```
roslaunch turtlebot3_teleop turtlebot3_teleop_key.launch
```
\
SLAM이 끝난 뒤 완성된 Map\
* Map 저장
```
rosrun map_server map_saver -f ~/map
```
\
저장된 Map
#### 가상 내비게이션 with Gazebo
```
export TURTLEBOT3_MODEL=waffle
```
```
roslaunch turtlebot3_gazebo turtlebot3_world.launch
```
#### - map 사
```
export TURTLEBOT3_MODEL=waffle
```
```
roslaunch turtlebot3_navigation turtlebot3_navigation.launch map_file:=$HOME/map.yaml
```
####
#### 5. URDF
Unified Robot Description Format : ROS에서 사용되는 로봇 기술(Description) 형식\
**\* URDF**(Unified Robot Description Format) **vs SDF(**Simulation Description Format)
* URDF는 하나의 robot 모델에 대해 기술하는 양식. 시뮬레이션 world 상에서 robot의 pose를 결정할 수 없다.
* SDF는 world 상에서 여러개의 robot 모델에 대해 pose를 정의할 수 있으며 모델←→센서←→ World 의 관계에 대한 속성 정의도 가능하다.
#### 쉽게 말해 서빙 로봇 서비스가 있는 매장에서 **URDF는 서빙 로봇 하나의 도면!,** **SDF는 매장 전체 시스템의 도면!**
\
\
\
**1) URDF turtial 1 - URDF 이해하기**\
#### **Link**
\
**link : 모델 상의 하나의 Body(바퀴, 링크, 실린더, 구 등)**
* **visual : link 요소의 시각화 (.dae, .stl 지원)**
* **collision : link 요소 간의 충돌을 확인하기 위한 geometry (.dae, .stl 지원)**
* **inertial : link의 동적 속성 기술(질량, 관성 모멘트 등)**
* **origin : link 모델 중심의 joint로부터의 위치**
\
\
**Joint**\
**joint : link간의 구속관계 표현parent/child : link 간 구속관계에서 부모/자식 관계type : 관계의 종류(prismatic, revolute, continuous 등)axis : joint 축의 방향limit : joint의 이동가능 범위 제한origin : joint의 원점으로부터의 위치sensor : plugin을 통해 가상 world로부터의 센서 데이터를 취득material : link의 소재, 색상 등을 결정plugin : 모델을 제어하기 위한 controller 등 다른 플랫폼과 토픽/프레임을 공유하기 위한 수단**\
* URDF 작성연습을 위해 시각화는 urdf\_tutorial의 launch를 사용한다.
```
git clone https://github.com/ros/urdf_tutorial.git
```
* urdf\_tutorial의 urdf 디렉토리에 다음 파일을 작성한다.
```
gedit mobile_robot.urdf
```
* URDF 기본구조
```
```
```
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```
* Rviz에 URDF로 작성한 모델을 시각화한다.
```
$ roslaunch urdf_tutorial display.launch model:=urdf/mobile_robot.urdf
```
\
URDF로 작성한 모바일 로봇 모델\
\
Joint 컨트롤러\
\
**2) URDF tutotial 2 - 나의 모델 불러와 Rviz에 시각화하기**
* 새로운 URDF 작성
```
$ gedit mobile_robot_stl.urdf
```
* stl파일 불러오는 URDF
```
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```
* 예제 stl파일 가져오기(urdf 디렉토리에 저장)
```
$ wget -O ros_test.stl https://github.com/Denhanis/ROS-Study/blob/master/stl/ros_test.stl?raw=true
```
* Rviz로 시각화
```
$ roslaunch urdf_tutorial display.launch model:=urdf/mobile_robot_stl.urdf
```
\
\
\
\
\
**3) URDF tutorial 3 - 3D모델에 물리적 특성 입히기**\
참고자료(관성 텐서 구하기) : [**https://en.wikipedia.org/wiki/List\_of\_moments\_of\_inertia#List\_of\_3D\_inertia\_tensors**](https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_moments_of_inertia#List_of_3D_inertia_tensors)
* 물리적 특성(collision, inertial) 반영된 URDF
```
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* Rviz로 시각화
```
$ roslaunch urdf_tutorial display.launch model:=urdf/mobile_robot.urdf
```
\
\
\
**4) URDF tutorial 4 - URDF Check**
* URDF Check tool 다운로드
```
$ sudo apt-get install liburdfdom-tools
```
* URDF 링크 정합성 체크
```
$ check_urdf mobile_robot.urdf
```
\
URDF 링크 관계정보\
* URDF 링크 관계정보 시각화
```
$ urdf_to_graphiz mobile_robot.urdf
```
```
$ evince mobile_robot.pdf
```
\
URDF 링크 관계정보 pdf로 저장\
\
URDF 링크 관계정보 시각화\
\
\
**5) URDF tutorial 4 - Xacro 이용하여 URDF 쉽게 작성하기**
* Xacro(XML Macro)를 사용한 URDF 작성
```
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```
* Xacro 실행하기 위해 반드시 추가해야하는 Command
```
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```
```
```
```
```
```
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```
```
```
```
```
```
$ roslaunch urdf_tutorial display.launch model:=urdf/mobile_robot.urdf.xacro
```
\
\
\
**6. URDF tutorial 7 - SDF Converter**
```
$ gz sdf --print my_urdf.urdf > my_sdf.sdf
```
#### 6. manipulator (TBU)
### Gazebo
#### ~~1. URDF로 만든 3D 모델 Gazebo에 불러오기~~
URDF를 Gazebo 환경으로 불러오기 위해선 다음과 같은 작업이 필요하다.1) Gazebo plugin 추가2) 몇 가지 추가 정보 URDF에 입력(joint limit, transmission 정보, 물리 계수)3) Controller configuration 작성4) Launch file 작성\
\
\
**1) Gazebo plugin 추가**
* **URDF 마지막 부분에 다음의 gazebo plugin 추가**
```
```
```
```
```
/
```
```
```
```
```
\
\
**2) 몇 가지 추가 정보 URDF에 입력(joint limit, transmission 정보, 물리 계수)**\
* **joints 수정 및 transmission 추가**
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
transmission_interface/SimpleTransmission
```
```
```
```
1
```
```
```
```
```
```
PositionJointInterface
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
Gazebo/Grey
```
```
```
* **최종 수정된 URDF**
\
**3) Controller configuration 작성**
* **urdf\_tutorial 디렉토리에 config 디렉토리를 생성하여 controller config 문서 생성(.yaml)**
```
$ mkdir config
```
```
```
```
$ touch /config/joints.yaml
```
```
$ touch /config/caster.yaml
```
```
$ touch /config/diffdrive.yaml
```
* **joints.yaml**
```
type: "joint_state_controller/JointStateController"
```
```
publish_rate: 50
```
* **caster.yaml**
```
type: "position_controllers/JointPositionController"
```
```
joint: head_swivel
```
* **diffdrive.yaml**
```
type: "diff_drive_controller/DiffDriveController"
```
```
publish_rate: 50
```
```
```
```
left_wheel: ['left_front_wheel_joint', 'left_back_wheel_joint']
```
```
right_wheel: ['right_front_wheel_joint', 'right_back_wheel_joint']
```
```
```
```
wheel_separation: 0.44
```
```
```
```
# Odometry covariances for the encoder output of the robot. These values should
```
```
# be tuned to your robot's sample odometry data, but these values are a good place
```
```
# to start
```
```
pose_covariance_diagonal: [0.001, 0.001, 0.001, 0.001, 0.001, 0.03]
```
```
twist_covariance_diagonal: [0.001, 0.001, 0.001, 0.001, 0.001, 0.03]
```
```
```
```
# Top level frame (link) of the robot description
```
```
base_frame_id: base_link
```
```
```
```
# Velocity and acceleration limits for the robot
```
```
linear:
```
```
x:
```
```
has_velocity_limits : true
```
```
max_velocity : 0.2 # m/s
```
```
has_acceleration_limits: true
```
```
max_acceleration : 0.6 # m/s^2
```
```
angular:
```
```
z:
```
```
has_velocity_limits : true
```
```
max_velocity : 2.0 # rad/s
```
```
has_acceleration_limits: true
```
```
max_acceleration : 6.0 # rad/s^2
```
\
\
\
**4) Launch file 작성**
* **gazebo\_launch를 이용하기 위해 해당 launch파일을 urdf\_tutorial/launch로 가져오기**
```
$ wget -O gazebo.launch https://github.com/ros/urdf_sim_tutorial/blob/master/launch/gazebo.launch?raw=true
```
* **우리가 만든 모델을 Gazebo와 Rviz에서 사용하기 위한 launch 파일 작성**
```
$ gedit mobile_robot.launch
```
```
sudo apt install ros-kinetic-gazebo-ros-control
```
#### 2. SDF로 만든 3D 모델 Gazebo에 불러오기
\
SDF를 Gazebo 환경으로 불러오기 위해선 다음과 같은 작업이 필요하다.1) 모델 directory 설정2) 모델의 구조 생성3) Gazebo에서 모델 불러오기\
\
**1) 모델 directory 설정**
* 모델 폴더를 생성
```
$ mkdir -p ~/.gazebo/models/my_robot
```
* 모델 config 파일을 생성
```
$ gedit ~/.gazebo/models/my_robot/model.config
```
* config 파일에 다음 코드를 작성
```
```
```
```
```
My Robot
```
```
1.0
```
```
model.sdf
```
```
```
```
```
```
My Name
```
```
me@my.email
```
```
```
```
```
```
```
```
My awesome robot.
```
```
```
```
```
* SDF 파일을 생성
```
$ gedit ~/.gazebo/models/my_robot/model.sdf
```
* SDF 파일에 다음 코드를 작성
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
\
\
\
**2) 모델의 구조 생성**
* SDF 파일을 실행
```
$ gedit ~/.gazebo/models/my_robot/model.sdf
```
* 모델의 static을 설정
* static이 true이면 물리엔진의 영향을 받지 않고 false이면 물리엔진의 영향을 받음
```
```
```
```
```
```
```
```
```
true
```
```
```
```
```
```
```
* 모델에 사각형 베이스 추가
```
```
```
```
```
```
```
true
```
```
```
```
```
```
0 0 .1 0 0 0
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
.4 .2 .1
```
```
```
```
```
```
```
```
```
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```
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```
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```
```
.4 .2 .1
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
* 모델에 구 형상의 바퀴 추가
```
```
```
```
```
```
```
true
```
```
```
```
0 0 .1 0 0 0
```
```
```
```
```
```
```
```
.4 .2 .1
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
.4 .2 .1
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
-0.15 0 -0.05 0 0 0
```
```
```
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.05
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```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
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```
0
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```
0
```
```
1.0
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```
1.0
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
-0.15 0 -0.05 0 0 0
```
```
```
```
```
```
.05
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
* 모델에 왼쪽 바퀴 추가
```
```
```
```
```
```
```
true
```
```
```
```
0 0 .1 0 0 0
```
```
```
```
```
```
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.4 .2 .1
```
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.4 .2 .1
```
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```
-0.15 0 -0.05 0 0 0
```
```
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.05
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```
```
```
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```
```
```
0
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```
0
```
```
1.0
```
```
1.0
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
-0.15 0 -0.05 0 0 0
```
```
```
```
```
```
.05
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
0.1 0.13 0.1 0 1.5707 1.5707
```
```
```
```
```
```
```
```
.1
```
```
.05
```
```
```
```
```
```
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```
```
.1
```
```
.05
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
* 모델의 왼쪽 바퀴를 오른쪽으로 복사
```
```
```
```
```
```
```
true
```
```
```
```
0 0 .1 0 0 0
```
```
```
```
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.4 .2 .1
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.4 .2 .1
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-0.15 0 -0.05 0 0 0
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.05
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```
```
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0
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0
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1.0
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1.0
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-0.15 0 -0.05 0 0 0
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.05
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```
```
```
```
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0.1 0.13 0.1 0 1.5707 1.5707
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.1
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.05
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.1
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.05
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0.1 -0.13 0.1 0 1.5707 1.5707
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.1
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.05
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.1
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.05
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```
* static을 false로 설정, 왼쪽, 오른쪽 바퀴에 hinge 추가
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false
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0 0 .1 0 0 0
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.4 .2 .1
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.4 .2 .1
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```
```
-0.15 0 -0.05 0 0 0
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.05
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```
```
```
```
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```
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```
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0
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0
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1.0
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1.0
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```
```
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-0.15 0 -0.05 0 0 0
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.05
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```
```
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```
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0.1 0.13 0.1 0 1.5707 1.5707
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.1
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.05
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.1
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.05
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0.1 -0.13 0.1 0 1.5707 1.5707
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.1
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.05
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```
.1
```
```
.05
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```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
0 0 -0.03 0 0 0
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left_wheel
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```
chassis
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0 1 0
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```
```
```
```
```
```
```
```
```
0 0 0.03 0 0 0
```
```
right_wheel
```
```
chassis
```
```
```
```
0 1 0
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
```
\
\
**3) Gazebo에서 모델 불러오기**
* Gazebo 실행
```
$ gazebo
```
* 모델 Insert
* Gazebo 실행 후 GUI 인터페이스 왼쪽 상단의 Insert 탭 클릭
* 'My Robot' 모델 클릭
* 메인 화면에서 모델을 배치할 위치에 마우스를 위치시키고 클릭
* 모델 작동 테스트
* 화면 오른쪽 작은 점 3개 버튼을 클릭한 상태로 마우스를 왼쪽으로 이동시켜 Joints 탭 활성화
* 'left\_wheel\_hinge'와 'right\_wheel\_hinge'를 각각 0.1N 씩 포스 입력
* 모델이 움직이는 모습을 확인 할 수 있음