⑩【从0制作自己的ros导航小车：上位机篇】05、导航！

前言

上篇已经将建好的地图保存了下来，这节读取地图结合amcl、move_base功能包实现最终导航！

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一、准备amcl节点

在nav功能包的launch目录下新建amcl.launch：

<launch>
  <node pkg="amcl" type="amcl" name="amcl" output="screen">
    <!-- Publish scans from best pose at a max of 10 Hz -->
    <param name="odom_model_type" value="diff"/><!-- 里程计模式为差分 -->
    <param name="odom_alpha5" value="0.1"/>
    <param name="transform_tolerance" value="1.0" />
    <param name="gui_publish_rate" value="10.0"/>
    <param name="laser_max_beams" value="30"/>
    <param name="min_particles" value="500"/>
    <param name="max_particles" value="5000"/>
    <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="0.8"/>
    <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_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="0.2"/>
    <param name="update_min_a" value="0.5"/>

    <param name="odom_frame_id" value="odom"/><!-- 里程计坐标系 -->
    <param name="base_frame_id" value="base_footprint"/><!-- 添加机器人基坐标系 -->
    <param name="global_frame_id" value="map"/><!-- 添加地图坐标系 -->

  </node>
</launch>

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二、准备move_base节点

①在nav功能包中的launch目录中新建move_base.launch：

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

这里面的yaml文件都需要自己创建并填入代码，下面创建这些文件。
②在nav功能包中新建param目录，进入param新建多个yaml文件，命名及内容如下：
1.costmap_common_params.yaml
该文件是move_base 在全局路径规划与本地路径规划时调用的通用参数，包括:机器人的尺寸、距离障碍物的安全距离、传感器信息等。配置参考如下:

#机器人几何参，如果机器人是圆形，设置 robot_radius,如果是其他形状设置 footprint
# robot_radius: 0.12 #圆形
footprint: [[-0.12, -0.095], [-0.12, 0.095], [0.12, 0.095], [0.12, -0.095]]  #长为0.24，宽为0.19的机器人

obstacle_range: 3.0 # 用于障碍物探测，比如: 值为 3.0，意味着检测到距离小于 3 米的障碍物时，就会引入代价地图
raytrace_range: 3.5 # 用于清除障碍物，比如：值为 3.5，意味着清除代价地图中 3.5 米以外的障碍物


#膨胀半径，扩展在碰撞区域以外的代价区域，使得机器人规划路径避开障碍物
inflation_radius: 0.2
#代价比例系数，越大则代价值越小
cost_scaling_factor: 3.0

#地图类型
map_type: costmap
#导航包所需要的传感器
observation_sources: scan
#对传感器的坐标系和数据进行配置。这个也会用于代价地图添加和清除障碍物。例如，你可以用激光雷达传感器用于在代价地图添加障碍物，再添加kinect用于导航和清除障碍物。
scan: {sensor_frame: laser, data_type: LaserScan, topic: scan, marking: true, clearing: true}

2.global_costmap_params.yaml
该文件用于全局代价地图参数设置:

global_costmap:
  global_frame: map #地图坐标系
  robot_base_frame: base_footprint #机器人坐标系
  # 以此实现坐标变换

  update_frequency: 1.0 #代价地图更新频率
  publish_frequency: 1.0 #代价地图的发布频率
  transform_tolerance: 1.0 #等待坐标变换发布信息的超时时间

  static_map: true # 是否使用一个地图或者地图服务器来初始化全局代价地图，如果不使用静态地图，这个参数为false.

3.local_costmap_params.yaml
该文件用于局部代价地图参数设置:

local_costmap:
  global_frame: odom #里程计坐标系
  robot_base_frame: base_footprint #机器人坐标系

  update_frequency: 5.0 #代价地图更新频率
  publish_frequency: 5.0 #代价地图的发布频率
  transform_tolerance: 1.0 #等待坐标变换发布信息的超时时间

  static_map: false  #不需要静态地图，可以提升导航效果
  rolling_window: true #是否使用动态窗口，默认为false，在静态的全局地图中，地图不会变化
  width: 3 # 局部地图宽度 单位是 m
  height: 3 # 局部地图高度 单位是 m
  resolution: 0.05 # 局部地图分辨率 单位是 m，一般与静态地图分辨率保持一致

4.base_local_planner_params
基本的局部规划器参数配置，这个配置文件设定了机器人的最大和最小速度限制值，也设定了加速度的阈值。

TrajectoryPlannerROS:

# Robot Configuration Parameters
  max_vel_x: 0.25 # X 方向最大速度
  min_vel_x: 0.1 # X 方向最小速速

  max_vel_theta:  0.25 # 
  min_vel_theta: -0.25
  min_in_place_vel_theta: 1.0

  acc_lim_x: 1.0 # X 加速限制
  acc_lim_y: 0.0 # Y 加速限制
  acc_lim_theta: 0.6 # 角速度加速限制

# Goal Tolerance Parameters，目标公差
  xy_goal_tolerance: 0.20
  yaw_goal_tolerance: 0.2

# Differential-drive robot configuration
# 是否是全向移动机器人
  holonomic_robot: false

# Forward Simulation Parameters，前进模拟参数
  sim_time: 2.0
  vx_samples: 18
  vtheta_samples: 20
  sim_granularity: 0.05

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三、集成导航节点

在nav功能包的launch目录中新建nav.launch:

<launch>
    <!-- 设置地图的配置文件 -->
    <arg name="map" default="nav.yaml" />
    <!-- 运行地图服务器，并且加载设置的地图-->
    <node name="map_server" pkg="map_server" type="map_server" args="$(find nav)/map/$(arg map)"/>
    <!-- 启动AMCL节点 -->
    <include file="$(find nav)/launch/amcl.launch" />

    <!-- 运行move_base节点 -->
    <include file="$(find nav)/launch/move_base.launch" />

</launch>

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四、运行测试

1、启动前面集成好的：roslaunch uart_tf start_car.launch
2、启动nav.launch：roslaunch nav nav.launch
3、上位机打开rviz，坐标系选择map，并添加地图、模型、path等组件。

根据雷达数据来调整小车当前的位姿，使用2D pose Estimate;接着使用2D Nav Goal设置目标点，此时小车就会运动起来，如果这里有问题的话，多半就是参数问题，调！

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本篇文章二点代码来源于赵虚左老师的教程，从建图到导航都是根据赵老师的步骤来的。专栏到此结束。