玩转IsaacSim软件在环（SIL）：从 Nova Carter 开始

前言

本文基于 NVIDIA DLI 的《在 Isaac Sim 中使用软件在环 (SIL) 开发机器人》免费课程，带着大家逐步熟悉这套软件仿真模拟的应用流程，内容的实操性比较强，因此建议大家最好能注册进到课程之中，里面还有一些辅助的动态视频内容，能协助我们更有效率地操作进行操作。

关于 SIL 与 HIL 的相关内容，我们已经在前面的《【文末有福利】NVIDIA Isaac开发平台全方位解锁具身智能开发困局》与《读懂SIL与HIL的核心关联，才算真正入门NVIDIA机器人开发》文章中重点讲解过，如果还不了解的请自行参考这两篇文章。

如果您还未完成对 OmniGraph 使用环境的调试（包括安装 ROS2 与下载 Assets 资源包），请至我前一篇《玩转IsaacSim软件在环（SIL）：读懂OmniGraph核心价值及动手配置》进行处理。如果一切就绪的话，那就准备起航啦！

1. 启动 ROS2 与 IsaacSim 模拟器与 ROS2 Bridge 功能

首先，SIL软件在环的终极目的是要与HIL硬件在环对接，而中间最重要的桥梁就是 ROS2 机制，因此在IsaacSim启动模拟器之前就要先启动 ROS2 环境，并且启动 IsaacSim 模拟器之后，启动内置的 ROS2 Bridge 功能。请按照以下顺序执行：

开启终端后执行以下指令：

source /opt/ros/jazzy/setup.bash

执行以下指令启动 IsaacSim 模拟器：

export ISAACSIM_PATH="<IsaacSim安装目录>"
${ISAACSIM_PATH}/isaac-sim.sh

在 IsaacSim 模拟器中启动 ROS2 Bridge 功能

开启 IsaacSim 模拟器之后，点击上方 Windows -> Extension（最下方），会出现以下窗口：

• 在左上方先清除内容，然后输入“ROS”，就会过滤出下面选项
• 点击“ROS 2 Bridge” 后出现右边内容
• 开启右边最上方的 “ENABLED" 开关，并点击右边的 “AUTOLOAD”

这样就完成要执行的环境配置。

2.导入 Simple_Room 与 Nova_Carter 素材

• 导入Simple_Room：这个材料位置在 Isaac Sim/Environments/Simple_Room/ 下面，可以在“Content Browser”里按照路径顺序找到 Simple_Room 位置，然后将 Simple_Room.usd 文件拉进工作区即可

刚拉上去的时候，会看到整个房间的外观（如下图）

我们需要使用的是房间里面的小桌子，现在在右上角“Stage”的搜索框中填入“table”，就会过滤出三个项目：

点击最右方属性为 Mesh 的 "table_low" ，然后在键盘上敲下 “F” 键，工作区就会看到如下图的状态：

此时将鼠标点到工作区，然后用滚轮稍微往上（放大），就会出现下面画面，这是我们所需要的内容：

• 导入 Novo_Carter：这个材料位置在 Isaac Sim/Robots/NVIDIA/NovaCarter/ 下面，可以在“Content Browser” 里按照路径顺序找到，然后将 nova_carter.usd 拉到小桌子附近。

按一下模拟器左边的 "Play" 键，如果小车位置是悬空的，它会下降到地面上。

3. 启动 OmniGraph模拟器

右键点击 Carter 车，然后按照 Create -> Virtual Scripting -> Action Graph 顺序（如下图）

会在下面出现一个空白的 Action Graph 窗口（如下图），左边所有 OmniGraph 的节点元素：

在上面过滤框中填入关键字，将下面种类节点拖拉到 Action Graph 编辑器中：

• ROS2 Context（上下文）
• On Playback Tick（播放时钟）
• ROS2 Subscribe Twist（订阅Twist）
• Scale To/From Stage Units（按照平台单位缩放）
• Break 3-Vector：2个（制动）
• Make Array（创建数组）
• Differential Controller（差分控制器）
• Articulation Controller（关节控制器）
• Constant Token：2个 （常量标记）

然后按照下图（请自行放大）的接口将个节点进行连接：

4. 各节点功能与参数配置：

首先说明一下这些节点的主要功能，如下：

• ROS 2 Subscribe Twist 节点监听 /cmd_vel 主题的速度指令。
• Differential Controller 将线速度和角速度转换为左右轮子的速度。
• Articulation Controller 将速度应用到机器人的轮子上。
• Constant Token 节点指定被控制的关节（左右轮）。

现在就来配置这几个节点的参数：

• Differential Controller（差分控制器）：分别配置以下参数（如下图）
• Max Linear Speed: 2.0
• Max Angular Speed: 3.0
• Wheel Distance: 0.413
• Wheel Radius: 0.14

• 配置 Articulation Controller 节点
  • 右击 Articulation Controller 节点
  • 在其右侧属性面板中点击 Add Target
  • 在弹出的窗口中，选择 nova_carter > chassis_link > Select，将控制目标设置为 Carter 机器人

• 两个 Constant Token 分别配置为左右轮：

两个 Constant Token 节点对应到 Stage 下面 ActioGraph 的 constant_token 与 constant_token_01，点到每个节点在右下方都会出现 Property 视窗。不同节点的属性内容都不一样，我们在这里的 Inputs / Value 里面，分别为两个节点填入 joint_wheel_right 与 joint_wheel_left 。

配置好以上参数之后，我就就可以开始准备通过 ROS 2 与机器人进行通信，并开始控制其移动。

启动 ROS2 控制 Nava_Carter

• 现在开启新的终端并执行以下指令以启动 ROS 2 通讯：

source /opt/ros/jazzy/setup.bash  # 确认通讯状态 ros2 topic list

如果出显示 /cmd_vel 、 /parameter_events 、/rosout 三个 topic ，就表示目前 ROS 2 状态正常。

• 现在执行以下指令让 Nova_Carter 小车缓慢前行：

ros2 topic pub /cmd_vel 
geometry_msgs/Twist
 \
     "{'linear': {'x': 0.2, 'y': 0.0, 'z': 0.0}, \
       'angular': {'x': 0.0, 'y': 0.0, 'z': 0.0}}"

终端会出现如下的信息：

• 在 IsaacSim 模拟器左边点击“Play”键开始执行。

如果一切都正取的话，会看到 Nova_Carter 小车朝 X 轴方向在缓步前进（x=0.2）。你可以试试调整 'linear' 里面的参数，看看会产生什么变化，如果所有变量全部设为 0.0 的时候，小车就会停止，如下：

ros2 topic pub /cmd_vel geometry_msgs/Twist \
     "{'linear': {'x': 0.0, 'y': 0.0, 'z': 0.0}, \
       'angular': {'x': 0.0, 'y': 0.0, 'z': 0.0}}"

用键盘控制 Nava_Carter

在 ROS 里提供将键盘信号转换成 ROS 指令的功能，可以结合这些功能来实现键盘控制小车的应用。请执行下面指令来安装这个功能库：

# 根据 $ROS_DISTRO 版本安装对应库 
sudo apt-get install ros-$ROS_DISTRO-teleop-twist-keyboard
# 执行以下指令来启动键盘控制：
ros2 run teleop_twist_keyboard teleop_twist_keyboard  

信息最后面会显示控制的方式：

请自行使用键盘操控一下 Nova_Carter 小车。

结语

到目前为止，我们对于 IsaacSim 的软件在环已经算得上登堂了，能掌握 OmniGraph 节点的基本运作模式与参数配置，并且与 ROS2 进行通讯的方法。虽然图形界面适合完成基础任务，不过我们对于机器人的其他物理参数还是相当不足，要进行仿真模拟还需要整合更多的内容。

接下来，我们将带着大家用 IsaacSim 提供的 Python Scritp Editor 并导入 USD API，来提供了更高的灵活性与控制力，可用于创建复杂仿真和自动化重复性任务。【完】

关于这部分的执行细节，可以在NVIDIA DLI课程里了解。欢迎大家报名课程，还可以获得我们送出的精美礼物！课程链接可以扫描下列二维码