基于ROS1.0的stdr simulation搭建多移动机器人(multiple robots)仿真系统

Posted 2021-03-04 dayspring

基于ROS1.0的stdr simulation搭建多移动机器人(multiple robots)仿真系统
原创SimileciWH 最后发布于2018-10-26 17:12:20 https://blog.csdn.net/SimileciWH/article/details/83416437
 

多移动机器人的概念就不叙述了，直接讲如何正确的在ROS系统下构建基于stdr simulation和gazebo平台下的仿真实验。

1    前提准备

安装好如下几个基本的包：

stdr simulation
amcl
move_base
gazebo_ros
turtlebot2的完整包
等其他必要的ROS环境

2    单移动机器人和多移动机器人的配置区别

单移动机器人比较简单，也不用关注与namespace这些问题，二多移动机器人，因为每个机器人都具备同样的基本功能，因此不可避免的需要用到namespace（以下简称ns）的概念将他们区分开，这样就可以一直通过namespace复制同样基本功能的机器人了。如果你不采用ns的方式，而是简单的不断生成新的机器人，即使你保证他们的位置不同，但是因为node名重复，ROS会kill之前的node保留最后一个生成的机器人状态。

但是除了namespace外，还需要配置tf_prefixes的参数值，这是最大的区别之处，也是最重要的，能否成功的生成多个移动机器人。

2.1    要明确的概念

构造多移动机器人在一张map中，这个map可以使slam构建的，无论你是用cartographer，hector_slam，gmapping等。我们都是希望map只有一张，每个机器人是全局共享的。

每个机器人之间除了初始时刻的位姿不同以外，其他的结构，携带的传感器类型都完全一样，没有差别。当然你可以根据自己的需求使得他们不同。如果希望每个机器人都可以通过amcl和move_base进行自主导航和实时定位，那么每个机器人都应当具备amcl和move_base。

因此，map是全局的，不需要ns，机器人的构建，amcl和move_base是需要ns的，因为每个移动机器人都需要具备这些属性。

如下结构所示：

/map
/robot1/robot_state_publisher /robot2/robot_state_publisher
/robot1/robot_pose_ekf /robot2/robot_pose_ekf
/robot1/amcl /robot2/amcl
/robot1/move_base /robot2/move_base
/robot1/laser_0 /robot2/laser_0
/robot1/sensor0 /robot2/sensor0
/robot1/sensor1 /robot2/sensor0
....... ........
2.2    配置单个机器人的launch文件，然后就可以在其他launch文件中无限的复制单个移动机器人的个数了：

2.2.1      在你的工作空间下新建一个项目：

cd ~/catkin_ns/src
catkin_creat_pkg multi_robots
cd multi_robots
mkdir launch map param rviz
tree
最终如下所示：

~/catkin_ws/src/multi_robots$ tree
.
├── CMakeLists.txt
├── launch
├── map
├── package.xml
├── param
└── rviz

4 directories, 2 files
在launch文件下，新建one_robot.launch

内容如下：

<!--
这是在gazebo平台的仿真实验
本文件名为：one_robot.launch
-->
<launch>
<arg name="robot_name"/>
<arg name="init_pose"/>

<node name="spawn_minibot_model" pkg="gazebo_ros" type="spawn_model"
args="$(arg init_pose) -urdf -param /robot_description -model $(arg robot_name)"
respawn="false" output="screen" />

<node pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher"
name="robot_state_publisher" output="screen"/>

<!-- The odometry estimator, throttling, fake laser etc. go here -->
<!-- All the stuff as from usual robot launch file -->
</launch>
在launch文件中，有两个变量，robot_name和init_pose，可以通过这两个参数生成无数个移动机器人。

2.2.2    在launch文件夹下创建，名为：myrobots.launch的文件

文件内容如下：

<!--
这是在gazebo平台的仿真实验
本文件名为：myrobots.launch
在这个文件中首先加载了turtlebot2的模型
然后创建了3个移动机器人
-->
<launch>
<!-- No namespace here as we will share this description.
Access with slash at the beginning -->
<param name="robot_description"
command="$(find xacro)/xacro.py $(find turtlebot_description)/robots/kobuki_hexagons_asus_xtion_pro.urdf.xacro" />

<!-- BEGIN ROBOT 1-->
<group ns="robot1">
<param name="tf_prefix" value="robot1_tf" />
<include file="$(find multi_robots)/launch/one_robot.launch" >
<arg name="init_pose" value="-x 1 -y 1 -z 0" />
<arg name="robot_name" value="Robot1" />
</include>
</group>

<!-- BEGIN ROBOT 2-->
<group ns="robot2">
<param name="tf_prefix" value="robot2_tf" />
<include file="$(find multi_robots)/launch/one_robot.launch" >
<arg name="init_pose" value="-x -1 -y 1 -z 0" />
<arg name="robot_name" value="Robot2" />
</include>
</group>

<!-- BEGIN ROBOT 3-->
<group ns="robot3">
<param name="tf_prefix" value="robot3_tf" />
<include file="$(find multi_robots)/launch/one_robot.launch" >
<arg name="init_pose" value="-x 1 -y 2 -z 0" />
<arg name="robot_name" value="Robot3" />
</include>
</group>
</launch>
2.2.3    在launch文件夹下，创建main.launch，用来加载之前的myroobts.launch并且还可以将其他的内容加在这里，所以命名成main.launch

内容如下：

<!--
这是在gazebo平台的仿真实验
本文件名为：main.launch
第一段是运行gazebo中的一个地图环境，直接使用的是tuetlebot_gazebo中的，你也可以加载自己的地图
第二段是运行创建的移动机器人群体
-->
<launch>
<param name="/use_sim_time" value="true" />

<!-- start world -->
<node name="gazebo" pkg="gazebo_ros" type="gazebo"
args="$(find turtlebot_gazebo)/worlds/playground.world" respawn="false" output="screen" />


<!-- include our robots -->
<include file="$(find multi_robots)/launch/myrobots.launch"/>
</launch>
至此初步的配置已经完成了。

如果你是按照我的工程名字建立的，则不需要改动，如果你的包是你自定义的，则需要讲myrobots.launch文件中的multi_robots全部替换成你的包的名字。

3    查看在gazebo仿真中的情况

roslaunch multi_robots main.launch
注意第一次加载gazebo会话费很长时间，或者报错，请耐心等待，或者重新运行launch文件。

结果如下图1所示：

                          

                                                                                     图1

三个turtlebot2成功的在地图中创建了。

现在你可以订阅cmd_vel话题，使用键盘控制每一个小车移动了

当然你也可以编写自己的运动控制算法来验证自己的算法了。 
               

                                                                                               图2

图2为运行时的node和参数，注意tf_prefix一定要设置，很关键

从图2中可以看出，三个移动机器人分别属于robot1，robot2，robot3，的命名空间。

rostopic list 的全部信息如下所示：

/clock
/gazebo/link_states
/gazebo/model_states
/gazebo/parameter_descriptions
/gazebo/parameter_updates
/gazebo/set_link_state
/gazebo/set_model_state
/robot1/camera/depth/camera_info
/robot1/camera/depth/image_raw
/robot1/camera/depth/points
/robot1/camera/parameter_descriptions
/robot1/camera/parameter_updates
/robot1/camera/rgb/camera_info
/robot1/camera/rgb/image_raw
/robot1/camera/rgb/image_raw/compressed
/robot1/camera/rgb/image_raw/compressed/parameter_descriptions
/robot1/camera/rgb/image_raw/compressed/parameter_updates
/robot1/camera/rgb/image_raw/compressedDepth
/robot1/camera/rgb/image_raw/compressedDepth/parameter_descriptions
/robot1/camera/rgb/image_raw/compressedDepth/parameter_updates
/robot1/camera/rgb/image_raw/theora
/robot1/camera/rgb/image_raw/theora/parameter_descriptions
/robot1/camera/rgb/image_raw/theora/parameter_updates
/robot1/joint_states
/robot1/mobile_base/commands/motor_power
/robot1/mobile_base/commands/reset_odometry
/robot1/mobile_base/commands/velocity
/robot1/mobile_base/events/bumper
/robot1/mobile_base/events/cliff
/robot1/mobile_base/sensors/imu_data
/robot1/odom
/robot2/camera/depth/camera_info
/robot2/camera/depth/image_raw
/robot2/camera/depth/points
/robot2/camera/parameter_descriptions
/robot2/camera/parameter_updates
/robot2/camera/rgb/camera_info
/robot2/camera/rgb/image_raw
/robot2/camera/rgb/image_raw/compressed
/robot2/camera/rgb/image_raw/compressed/parameter_descriptions
/robot2/camera/rgb/image_raw/compressed/parameter_updates
/robot2/camera/rgb/image_raw/compressedDepth
/robot2/camera/rgb/image_raw/compressedDepth/parameter_descriptions
/robot2/camera/rgb/image_raw/compressedDepth/parameter_updates
/robot2/camera/rgb/image_raw/theora
/robot2/camera/rgb/image_raw/theora/parameter_descriptions
/robot2/camera/rgb/image_raw/theora/parameter_updates
/robot2/joint_states
/robot2/mobile_base/commands/motor_power
/robot2/mobile_base/commands/reset_odometry
/robot2/mobile_base/commands/velocity
/robot2/mobile_base/events/bumper
/robot2/mobile_base/events/cliff
/robot2/mobile_base/sensors/imu_data
/robot2/odom
/robot3/camera/depth/camera_info
/robot3/camera/depth/image_raw
/robot3/camera/depth/points
/robot3/camera/parameter_descriptions
/robot3/camera/parameter_updates
/robot3/camera/rgb/camera_info
/robot3/camera/rgb/image_raw
/robot3/camera/rgb/image_raw/compressed
/robot3/camera/rgb/image_raw/compressed/parameter_descriptions
/robot3/camera/rgb/image_raw/compressed/parameter_updates
/robot3/camera/rgb/image_raw/compressedDepth
/robot3/camera/rgb/image_raw/compressedDepth/parameter_descriptions
/robot3/camera/rgb/image_raw/compressedDepth/parameter_updates
/robot3/camera/rgb/image_raw/theora
/robot3/camera/rgb/image_raw/theora/parameter_descriptions
/robot3/camera/rgb/image_raw/theora/parameter_updates
/robot3/joint_states
/robot3/mobile_base/commands/motor_power
/robot3/mobile_base/commands/reset_odometry
/robot3/mobile_base/commands/velocity
/robot3/mobile_base/events/bumper
/robot3/mobile_base/events/cliff
/robot3/mobile_base/sensors/imu_data
/robot3/odom
/rosout
/rosout_agg
/tf
/tf_static
可以看到，属于不同robot命名空间的移动机器人基本功能完全一样。rqt_graph就不贴了，太大了，截图也看不清楚。

至此在gazebo中的基本加载多机器人的仿真环境已经具备，你可以通过订阅话题对你的运动控制算法进行验证了。

注意，如果你要加载laser_scan激光雷达或者其他传感器，只需要在one_robot.launch注释的位置之间添加就可以了，其他文件不用修改。

可以参考链接：

multi-robots+laser rviz :https://answers.ros.org/question/40397/multirobot-laser-rviz/

4     配置导航包

导航包的写法可以参考ROS官网给出的实例：

link：http://wiki.ros.org/navigation/Tutorials/RobotSetup

在launch文件下新建一个move_base.launch文件，

内容如下：

<launch>
<!--- Run AMCL -->
<include file="$(find amcl)/examples/amcl_diff.launch" />

<!-- Define your move_base node -->
<node pkg="move_base" type="move_base" respawn="false" name="move_base" output="screen">
<rosparam file="$(find your_pkg)/costmap_common_params.yaml" command="load" ns="global_costmap"/>
<rosparam file="$(find your_pkg)/costmap_common_params.yaml" command="load" ns="local_costmap" />
<rosparam file="$(find your_pkg)/local_costmap_params.yaml" command="load" />
<rosparam file="$(find your_pkg)/global_costmap_params.yaml" command="load" />
<rosparam file="$(find your_pkg)/base_local_planner_params.yaml" command="load" />

<remap from="map" to="/map" />
</node>
</launch>
接着继续新建一个navigation.launch文件，

内容如下：

<launch>
<param name="/use_sim_time" value="true"/>

<!-- Run the map server -->
<node name="map_server" pkg="map_server" type="map_server" args="$(find your_pkg)/map/map.yaml" >
<param name="frame_id" value="/map" />
</node>

<group ns="robot1">
<param name="tf_prefix" value="robot1_tf" />
<param name="amcl/initial_pose_x" value="1" />
<param name="amcl/initial_pose_y" value="1" />
<include file="$(find your_pkg)/launch/move_base.launch" />
</group>

<group ns="robot2">
<param name="tf_prefix" value="robot2_tf" />
<param name="amcl/initial_pose_x" value="-1" />
<param name="amcl/initial_pose_y" value="1" />
<include file="$(find your_pkg)/launch/move_base.launch" />
</group>

<node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz" args="-d $(find your_pkg)/config/multi.vcg"
output="screen" />

</launch>
这几个launch文件都需要针对你自己的环境做修改的，之间运行是不正确的。

5    关于tf_prefix的信息，可以在ROS官网看到

link：http://wiki.ros.org/tf2/Migration

 

6     如果运行launch文件时提示tf2  “/” 的错误

这是由于tf2中去除了“/”的检测，这与tf是有区别的，解决办法就是讲话题的“/”全部删除

7    还可以通过这个视屏学习关于multiple robots的配置

link：https://www.youtube.com/watch?v=mFTkN5v4Jzc&t=370s 

8    stdr simulation 平台实现多移动机器人的创建，amcl定位和move_base的导航

updating
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