《动手学ROS2》10.5 配置Fishbot进行建图

Posted 2022-06-06 鱼香ROS

《动手学ROS2》10.5 配置Fishbot进行建图

本系列教程作者：小鱼
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10.5 配置Fishbot进行建图

上一节我们安装好了cartographer，这节课我们就开始配置cartographer进行建图。

我们需要创建一个功能包，将参数文件和​​Cartographer​​启动文件放到一起然后启动。

​​1.创建fishbot_cartographer​​

在src目录下，使用创建功能包指令，创建功能包

cd src
ros2 pkg create fishbot_cartographerCopy to clipboardErrorCopied

接着创建配置文件夹、launch文件夹和rviz配置文件夹。

cd fishbot_cartographer
mkdir config
mkdir launch
mkdir rvizCopy to clipboardErrorCopied

创建完成的功能包结构

.
├── CMakeLists.txt
├── config
├── launch
├── src
├── package.xml
└── rvizCopy to clipboardErrorCopied

​​2.添加cartographer配置文件​​

在​​fishbot/config​​​目录下创建​​fishbot_2d.lua​​文件。

接着我们来写一下配置文件，相较于默认的配置文件，主要修改以下内容（见注释）

include "map_builder.lua"
include "trajectory_builder.lua"

options = 
  map_builder = MAP_BUILDER,
  trajectory_builder = TRAJECTORY_BUILDER,
  map_frame = "map",
  tracking_frame = "base_link",
  -- base_link改为odom,发布map到odom之间的位姿态
  published_frame = "odom",
  odom_frame = "odom",
  -- true改为false，不用提供里程计数据
  provide_odom_frame = false,
  -- false改为true，仅发布2D位资
  publish_frame_projected_to_2d = true,
  -- false改为true，使用里程计数据
  use_odometry = true,
  use_nav_sat = false,
  use_landmarks = false,
  -- 0改为1,使用一个雷达
  num_laser_scans = 1,
  -- 1改为0，不使用多波雷达
  num_multi_echo_laser_scans = 0,
  -- 10改为1，1/1=1等于不分割
  num_subdivisions_per_laser_scan = 1,
  num_point_clouds = 0,
  lookup_transform_timeout_sec = 0.2,
  submap_publish_period_sec = 0.3,
  pose_publish_period_sec = 5e-3,
  trajectory_publish_period_sec = 30e-3,
  rangefinder_sampling_ratio = 1.,
  odometry_sampling_ratio = 1.,
  fixed_frame_pose_sampling_ratio = 1.,
  imu_sampling_ratio = 1.,
  landmarks_sampling_ratio = 1.,



-- false改为true，启动2D SLAM
MAP_BUILDER.use_trajectory_builder_2d = true

-- 0改成0.10,比机器人半径小的都忽略
TRAJECTORY_BUILDER_2D.min_range = 0.10
-- 30改成3.5,限制在雷达最大扫描范围内，越小一般越精确些
TRAJECTORY_BUILDER_2D.max_range = 3.5
-- 5改成3,传感器数据超出有效范围最大值
TRAJECTORY_BUILDER_2D.missing_data_ray_length = 3.
-- true改成false,不使用IMU数据，大家可以开启，然后对比下效果
TRAJECTORY_BUILDER_2D.use_imu_data = false
-- false改成true,使用实时回环检测来进行前端的扫描匹配
TRAJECTORY_BUILDER_2D.use_online_correlative_scan_matching = true 
-- 1.0改成0.1,提高对运动的敏感度
TRAJECTORY_BUILDER_2D.motion_filter.max_angle_radians = math.rad(0.1)

-- 0.55改成0.65,Fast csm的最低分数，高于此分数才进行优化。
POSE_GRAPH.constraint_builder.min_score = 0.65
--0.6改成0.7,全局定位最小分数，低于此分数则认为目前全局定位不准确
POSE_GRAPH.constraint_builder.global_localization_min_score = 0.7

-- 设置0可关闭全局SLAM
-- POSE_GRAPH.optimize_every_n_nodes = 0

return optionsCopy to clipboardErrorCopied

​​3.添加launch文件​​

​​3.1 launch需要包含的节点​​

要完成使用Cartographer进行建图，需要两个节点的参与，整个过程的计算流图如下：

/cartographer_node节点:

该节点从/scan和/odom话题接收数据进行计算，输出/submap_list数据.

该节点需要接收一个参数配置文件（第二部分写的那个）参数。

/occupancy_grid_node节点：

该节点接收/submap_list子图列表，然后将其拼接成map并发布

该节点需要配置地图分辨率和更新周期两个参数。

​​3.2 编写launch文件​​

在路径​​src/fishbot_cartographer/launch/​​​下新建​​cartographer.launch.py​​文件，接着我们将上面两个节点加入到这个launch文件中。

我们在第二部分写的配置文件就是给cartographer_node节点的，可以通过这个节点启动参数​​configuration_directory​​​和​​configuration_basename​​进行传递。

import os
from launch import LaunchDescription
from launch.substitutions import LaunchConfiguration
from launch_ros.actions import Node
from launch_ros.substitutions import FindPackageShare


def generate_launch_description():
    # 定位到功能包的地址
    pkg_share = FindPackageShare(package=fishbot_cartographer).find(fishbot_cartographer)
    
    #=====================运行节点需要的配置=======================================================================
    # 是否使用仿真时间，我们用gazebo，这里设置成true
    use_sim_time = LaunchConfiguration(use_sim_time, default=true)
    # 地图的分辨率
    resolution = LaunchConfiguration(resolution, default=0.05)
    # 地图的发布周期
    publish_period_sec = LaunchConfiguration(publish_period_sec, default=1.0)
    # 配置文件夹路径
    configuration_directory = LaunchConfiguration(configuration_directory,default= os.path.join(pkg_share, config) )
    # 配置文件
    configuration_basename = LaunchConfiguration(configuration_basename, default=fishbot_2d.lua)

    
    #=====================声明三个节点，cartographer/occupancy_grid_node/rviz_node=================================
    cartographer_node = Node(
        package=cartographer_ros,
        executable=cartographer_node,
        name=cartographer_node,
        output=screen,
        parameters=[use_sim_time: use_sim_time],
        arguments=[-configuration_directory, configuration_directory,
                   -configuration_basename, configuration_basename])

    occupancy_grid_node = Node(
        package=cartographer_ros,
        executable=occupancy_grid_node,
        name=occupancy_grid_node,
        output=screen,
        parameters=[use_sim_time: use_sim_time],
        arguments=[-resolution, resolution, -publish_period_sec, publish_period_sec])

    rviz_node = Node(
        package=rviz2,
        executable=rviz2,
        name=rviz2,
        # arguments=[-d, rviz_config_dir],
        parameters=[use_sim_time: use_sim_time],
        output=screen)

    #===============================================定义启动文件========================================================
    ld = LaunchDescription()
    ld.add_action(cartographer_node)
    ld.add_action(occupancy_grid_node)
    ld.add_action(rviz_node)

    return ldCopy to clipboardErrorCopied

​​4.添加安装指令​​

做完上面的操作，我们还需要添加安装指令。

打开CmakeLists.txt，添加下面一条指令，将三个目录安装到install目录。

install(
  DIRECTORY config launch rviz
  DESTINATION share/$PROJECT_NAME
)Copy to clipboardErrorCopied

​​5.开始建图​​

​​5.1编译启动​​

colcon build --packages-select fishbot_cartographer Copy to clipboardErrorCopied

启动建图前，需要先启动gazebo仿真环境，因为我们的建图程序依赖于Gazebo提供雷达和里程计等数据。

source install/setup.bash
ros2 launch fishbot_description gazebo.launch.pyCopy to clipboardErrorCopied

source,启动建图

source install/setup.bash
ros2 launch fishbot_cartographer cartographer.launch.py Copy to clipboardErrorCopied

​​5.2修改配置​​

如果一切正常，你应该看到的是一个空空如也的RVIZ界面

不用担心，此时地图其实已经有了，我们需要添加一下地图相关的插件即可。

通过​​Add​​​->​​By Topic​​添加组件。

最后通过左边的插件你应该可以看到图和机器人了。

​​5.3开始建图​​

打开我们机器人遥控节点，降低速度，控制机器人走一圈，看看地图的变化。

ros2 run teleop_twist_keyboard teleop_twist_keyboard Copy to clipboardErrorCopied

​​6.保存地图​​

走完一圈，没有黑影部分，我们就可以保存地图为一个本地文件了。我们需要使用一个叫做​​nav2_map_server​​的工具。

​​6.1 安装nav2_map_server​​

sudo apt install ros-foxy-nav2-map-serverCopy to clipboardErrorCopied

​​6.2 保存地图​​

ros2 run nav2_map_server map_saver_cli --helpCopy to clipboardErrorCopied

可以看到有下面的用法

Usage:
  map_saver_cli [arguments] [--ros-args ROS remapping args]

Arguments:
  -h/--help
  -t <map_topic>
  -f <mapname>
  --occ <threshold_occupied>
  --free <threshold_free>
  --fmt <image_format>
  --mode trinary(default)/scale/raw

NOTE: --ros-args should be passed at the end of command lineCopy to clipboardErrorCopied

我们的地图话题为map，文件名字我们用fishbot_map,所以有下面这个这样写的命令行。

# 先将地图保存到src/fishbot_cartographer/map目录下
cd src/fishbot_cartographer/ && mkdir map && cd map
ros2 run nav2_map_server map_saver_cli -t map -f fishbot_mapCopy to clipboardErrorCopied

接着我们就可以得到下面的两个文件

.
├── fishbot_map.pgm
└── fishbot_map.yaml

0 directories, 2 filesCopy to clipboardErrorCopied

这两个文件就是对当前地图保存下来的文件，其中.pgm是地图的数据文件，.yaml后缀的是地图的描述文件。

下面的导航过程中我们将要使用到地图文件进行路径的搜索和规划。

​​7.总结​​

本节小鱼带你一起完成了Fishbot的Cartographer配置和建图，下一节小鱼会对地图是什么以及如何使用进行介绍，接着我们就可以配置Nav2进行Fishbot的导航了。

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