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ROS中阶笔记(八):机器人SLAM与自主导航—机器人自主导航

时间:2021-01-04 12:27:44

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ROS中阶笔记(八):机器人SLAM与自主导航—机器人自主导航

ROS中阶笔记(八):机器人SLAM与自主导航—机器人自主导航

文章目录

1 ROS中的导航框架1.1 move_base1.1.1 基于move_base的导航框架1.1.2 安装1.2.3 全局、局部路径规划1.2.4 move_base功能包中的话题和服务1.2.5 配置move_base节点1.2 amcl(二维概率定位)1.2.1 amcl简介1.2.2 amcl功能包中的话题和服务1.2.3 amcl定位1.2.4 配置amcl节点2 导航框架的应用2.1 下载rbx12.2 导航示例(《ROS by Example》)2.2.1 错误12.2.2 错误22.3 导航仿真(人为控制)2.4 导航SLAM仿真(自主,还得选择目标点位)2.5 自主探索SLAM仿真3、小结3.1 机器人必备条件3.2 ROS SLAM功能包应用方法3.3 ROS中的导航框架3.4 ROS机器人自主导航

1 ROS中的导航框架

1.1 move_base

1.1.1 基于move_base的导航框架

其中白色框内的是ROS已经为我们准备好的必须使用的组件,灰色框内的是ROS中可选的组件,蓝色的是用户需要提供的机器人平台上的组件。

1.1.2 安装

$ sudo apt-get install ros-kinetic-navigation

1.2.3 全局、局部路径规划

1、全局路径规划(global planner)

全局最优路径规划 (最短路径、运动速度最快···策略)Dijkstra或A*算法

2、本地实时规划(local planner)

规划机器人每个周期内的线速度、角速度,使之尽量符合全局最优路径。实时避障Trajectory Rollout和Dynamic Window Approaches算法搜索躲避和行进的多条路径,综合评价标准选取最优路径

1.2.4 move_base功能包中的话题和服务

1.2.5 配置move_base节点

参数含义请参考:/move_base

mbot_navigation/launch/move_base.launch来启动move_base 节点。

<launch><node pkg="move_base" type="move_base" respawn="false" name="move_base" output="screen" clear_params="true"><rosparam file="$(find mbot_navigation)/config/mbot/costmap_common_params.yaml" command="load" ns="global_costmap" /><rosparam file="$(find mbot_navigation)/config/mbot/costmap_common_params.yaml" command="load" ns="local_costmap" /><rosparam file="$(find mbot_navigation)/config/mbot/local_costmap_params.yaml" command="load" /><rosparam file="$(find mbot_navigation)/config/mbot/global_costmap_params.yaml" command="load" /><rosparam file="$(find mbot_navigation)/config/mbot/base_local_planner_params.yaml" command="load" /></node></launch>

1.2 amcl(二维概率定位)

/amcl

1.2.1 amcl简介

蒙特卡罗定位方法二维环境定位针对已有地图使用粒子滤波器跟踪一个机器人的姿态

蓝色点是根据概率算法来估算机器人的位置,蓝色点越密集的地方,说明机器人在这个位置概率越高

具体算法可参考:《概率机器人》

1.2.2 amcl功能包中的话题和服务

1.2.3 amcl定位

里程计定位:只通过里程计的数据来处理/base和/odom之间的TF转换;amcl定位:可以估算机器人在地图坐标系/map下的位姿信息,提供/base、/odom、/map之间的TF变换。

1.2.4 配置amcl节点

mbot_navigation/launch/amcl.launch来启动amcl功能包

<launch><arg name="use_map_topic" default="false"/><arg name="scan_topic" default="scan"/><node pkg="amcl" type="amcl" name="amcl" clear_params="true"><param name="use_map_topic" value="$(arg use_map_topic)"/><!-- Publish scans from best pose at a max of 10 Hz --><param name="odom_model_type" value="diff"/><param name="odom_alpha5" value="0.1"/><param name="gui_publish_rate" value="10.0"/><param name="laser_max_beams" value="60"/><param name="laser_max_range" value="12.0"/><param name="min_particles" value="500"/><param name="max_particles" value="2000"/><param name="kld_err" value="0.05"/><param name="kld_z" value="0.99"/><param name="odom_alpha1" value="0.2"/><param name="odom_alpha2" value="0.2"/><!-- translation std dev, m --><param name="odom_alpha3" value="0.2"/><param name="odom_alpha4" value="0.2"/><param name="laser_z_hit" value="0.5"/><param name="laser_z_short" value="0.05"/><param name="laser_z_max" value="0.05"/><param name="laser_z_rand" value="0.5"/><param name="laser_sigma_hit" value="0.2"/><param name="laser_lambda_short" value="0.1"/><param name="laser_model_type" value="likelihood_field"/><!-- <param name="laser_model_type" value="beam"/> --><param name="laser_likelihood_max_dist" value="2.0"/><param name="update_min_d" value="0.25"/><param name="update_min_a" value="0.2"/><param name="odom_frame_id" value="odom"/><param name="resample_interval" value="1"/><!-- Increase tolerance because the computer can get quite busy --><param name="transform_tolerance" value="1.0"/><param name="recovery_alpha_slow" value="0.0"/><param name="recovery_alpha_fast" value="0.0"/><remap from="scan" to="$(arg scan_topic)"/></node></launch>

2 导航框架的应用

2.1 下载rbx1

执行以下命令:

$ cd ~/catkin_ws/src $ git clone /pirobot/rbx1.git $ cd rbx1# ~/catkin_ws/src/rbx1$ git checkout indigo-devel $ cd ~/catkin_ws $ catkin_make $ source ~/catkin_ws/devel/setup.bash $ rospack profile # 加入ROS package路径

如果这个package的代码后来更新了,需要执行以下代码:

$ cd ~/catkin_ws/src/rbx1 $ git pull $ cd ~/catkin_ws $ catkin_make $ source ~/catkin_ws/devel/setup.bash

2.2 导航示例(《ROS by Example》)

rviz+arbotix来进行仿真,实现ROS功能包算法的功能。

分别在四个终端下面运行这四个命令:

roslaunch rbx1_bringup fake_turtlebot.launch #启动机器人,ArbotiX节点,加载机器人的URDF文件roslaunch rbx1_nav fake_move_base_map_with_obstacles.launch # 启动导航节点rosrun rviz rviz -d 'rospack find rbx1_nav'/nav_obstacles.rviz# 启动rvizrosrun rbx1_nav move_base_square.py # 启动历程

2.2.1 错误1

ERROR: cannot launch node of type [arbotix_python/arbotix_driver]: arbotix_pythonROS path [0]=/opt/ros/kinetic/share/rosROS path [1]=/home/ggk/ORB_SLAM2/Examples/ROS/ORB_SLAM2ROS path [2]=/home/ggk/catkin_ws/srcROS path [3]=/opt/ros/kinetic/share

解决方法:/question/243919/cannot-launch-node-of-type-arbotix_pythonarbotix_driver-arbotix_python/

1、检查是否安装 arbotix_python package

roscd arbotix_python

2、安装 arbotix_python

方法一:不推荐

sudo apt-get install ros-kinetic-arbotix-*

方法二:推荐

cd ~/catkin_ws/srcgit clone /vanadiumlabs/arbotix_ros.gitcd ~/catkin_wscatkin_makesource ~/catkin_ws/devel/setup.bash

2.2.2 错误2

ERROR: cannot launch node of type [arbotix_python/arbotix_driver]: can't locate node [arbotix_driver] in package [arbotix_python]

说明:

安装 arbotix_python,用方法一不行,无法启动节点,因此应该用方法二

2.3 导航仿真(人为控制)

roslaunch mbot_gazebo mbot_laser_nav_gazebo.launch # 启动仿真环境roslaunch mbot_navigation nav_cloister_demo.launch # 启动导航节点

2D Nav Goal来选择目标点,点击左键,来选择一个目标姿态。

2D Pose Estimate调整机器人的位姿,

绿色线:全局规划

红色线:局部规划

2.4 导航SLAM仿真(自主,还得选择目标点位)

前面通过各种功能包来完成SLAM功能,通过导航机器人到达目标点的路径规划;

接下来,把SLAM和导航结合起来:

在导航的过程当中,不断的自主的去探索未知的环境,最终来完成地图的构建;

roslaunch mbot_gazebo mbot_laser_nav_gazebo.launch # 启动仿真环境roslaunch mbot_navigation exploring_slam_demo.launch# 启动SLAM+导航的节点# 机器人一边导航,一变建图

2.5 自主探索SLAM仿真

完全自主在环境当中做运动,去把整个地图构建起来;

roslaunch mbot_gazebo mbot_laser_nav_gazebo.launchroslaunch mbot_navigation exploring_slam_demo.launchrosrun mbot_navigation exploring_slam.py # 控制机器人运动,完成地图构建

3、小结

3.1 机器人必备条件

硬件要求:差分轮式、速度控制指令、深度信息、外观圆形或方形里程计信息:获取仿真机器人/真实机器人的实时位置、速度仿真环境:构建仿真环境,为后续SLAM、导航仿真作准备

3.2 ROS SLAM功能包应用方法

gmapping:输入激光雷达、里程计信息,输出二维栅格地图hector_slam:只需要输入激光雷达信息,输出二维栅格地图cartographer:输入激光雷达信息,输出二维或三维地图ORB_SLAM:输入单目摄像头信息,输出三维点云地图

3.3 ROS中的导航框架

move_base:全局规划和局部规划amcl:二维概率定位

3.4 ROS机器人自主导航

rviz+Arbotix的功能仿真gazebo不境下自主导航的仿真导航过程中同步SLAM建图

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