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翟帅帅 958ebd5926 更新 Docs/2024-12-26/README.md		2024-12-27 16:10:08 +08:00
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README.md	更新 Docs/2024-12-26/README.md	2024-12-27 16:10:08 +08:00

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一.ROS

1.栅格地图格式

机器人导航所使用的地图数据，是ROS系统中的map_server节点，在话题/map中发布的数据。

消息类型是nav_msgs消息包的OccupancyGrid（占据栅格），小格子+数字，数字表示是否有障碍物。

栅格地图：

在地面画上栅格，然后根据栅格中是否有障碍物给栅格填色。然后把障碍物移走，剩下的就是栅格地图。

栅格划分可大可小，栅格越小，区域划分就越精细，越接近障碍物轮廓。理论上栅格足够小，栅格就可以无限趋近于障碍物轮廓。但是栅格变小，就会使栅格的数量变多，机器人的计算量就会变大。所以一般会给栅格设置一个合适的尺寸。

栅格尺寸：单个栅格的边长，体现了地图的精细程度，用来表示栅格地图的分辨率。ros中分辨率默认0.05m。

栅格数组+行列数信息，就可以表述一个栅格地图。这个就是OccupancyGrid消息包中的数据内容。

2.c++节点发布地图

地图样式：

实现步骤：

首先创建软件包：

完整代码：

#include <ros/ros.h>
#include <nav_msgs/OccupancyGrid.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    ros::init(argc, argv, "map_pub_node");
    ros::NodeHandle n;

    ros::Publisher pub = n.advertise<nav_msgs::OccupancyGrid>("/map", 10);

    ros::Rate r(1);

    //构建地图消息包，并对其进行赋值
    while (ros::ok())
    {
        //创建地图消息包
        nav_msgs::OccupancyGrid msg;

        //header
        //坐标系设置为map
        msg.header.frame_id = "map";
        //时间戳设置为当前时间
        msg.header.stamp = ros::Time::now();
        
        //描述信息 info
        //原点位置
        msg.info.origin.position.x = 0;
        msg.info.origin.position.y = 0;

        msg.info.resolution = 1.0;  //分辨率
        msg.info.width = 4;         //地图长度
        msg.info.height = 2;        //地图高度

        //地图数据赋值 data
        msg.data.resize(4*2); //地图大小
        msg.data[0] = 100;
        msg.data[1] = 100;
        msg.data[2] = 0;
        msg.data[3] = -1;

        //发送赋值的消息包
        pub.publish(msg);
        r.sleep();
    }  

    return 0;
}

地图赋值，注意起始点位置为0开始：

修改编译规则：

add_executable(map_pub_node src/map_pub_node.cpp)

target_link_libraries(map_pub_node

 ${catkin_LIBRARIES}

)

catkin_make编译，没有报错即成功编译。

然后启动roscore，另一个终端启动刚刚的节点：

再启动rviz，订阅/map：

发现可以正常显示地图。

3.Hector_Mapping

wiki:hector_mapping - ROS Wiki

Hector_Mapping是开源的一个软件包，可以在只有激光雷达的情况下获取实际的地图。在上面的网站中，有一个样例视频。

流程：

运行仿真环境：roslaunch wpr_simulation wpb_stage_slam.launch

打开rviz，添加机器人、雷达、地图，订阅相应节点。

打开wps_robot_steering控制机器人，直到完全扫描出地图：

实测：运行之前写的避障算法也可以成功躲开障碍物，完成构图。

编译成功后，尝试运行：roslaunch slam_pkg hector.launch

4.里程计

在机器人建图的过程中，如果有一段长直的路，周围的参照物始终不变，那么激光雷达会认为参照物不表，机器人没有动，建图就不会再继续进行。

对于机器人来说，激光雷达虽然没有识别特征，但是轮子还在运动。此时里程计（odometry）就可以计算位移信息，位移=圈数*周长。里程计不是硬件设备，而是软件算法，在机器人的驱动节点中运行，根据电机转动数据计算位移信息，并将位移信息以TF消息包的形式发送到TF话题中。但是这个只是数值计算，轮子可能在真实情况出现变化，从而产生误差，此时就应该通过激光雷达等方式继续吻合障碍物的特征。

Gmapping：

里程计输出的是odom到base_footprint的TF（计算的机器人位移），已经和机器人的底盘投影中心连接上，无法再从base_footprint到机器人地盘再插入新的TF。如下图：

因此，slam一般会迁就里程计。在计算的过程中，slam节点最终要输出的是map到base_footprint，所以slam移动了绿色部分的TF到odom节点之前，也就是右边框出的部分。

这样map到odom的TF和里程计的TF一连起来，就形成了map到base_footprint的TF：

这个就是Gmapping的核心算法。

在hector中，直接将雷达点云贴合障碍物轮廓得出的机器人位移作为最终结果。在TF树中是下面这一段：

在gmapping中，机器人的位移主要由里程计推算，激光点阵只适用于修正里程计的误差。而在hector中，只使用雷达点云和障碍物配准的方法进行定位，但是在输出时，也会输出一段map到odom的TF，用于修正里程计不断增长的TF，使base_footprint和scanmatcher_frame保持一致，但是实际上是为了保持一致而保持一致。