《动手学ROS2》10.5 配置Fishbot进行建图 _ROS2

男儿欲遂平生志，六经勤向窗前读。这篇文章主要讲述《动手学ROS2》10.5 配置Fishbot进行建图相关的知识，希望能为你提供帮助。
《动手学ROS2》10.5 配置Fishbot进行建图

本系列教程作者：小鱼
公众号：鱼香ROS
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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。

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??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

【《动手学ROS2》10.5 配置Fishbot进行建图】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 = https://www.songbingjia.com/android/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

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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。

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最后通过左边的插件你应该可以看到图和机器人了。

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??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

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??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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