ROS：导航篇

Navigation导航系统

• 矩形表示node节点

move_base第一次导航尝试

• 环境准备
• 安装wpr_simulation仿真环境
• 安装wpr_home机器人驱动源码包，简化参数

• 准备导航所需地图
• roslaunch wpr_simulation wpb_gmapping.launch启动仿真环境
• rosrun wpr_simulation keyboard_vel_ctrl扫描地图
• rosrun map_server map_saver -f map保存地图文件

• 编写导航的launch文件
• 创建nav_pkg软件包
• 新建launch文件夹
• 编写launch文件

• 运行导航程序
• 运行仿真环境roslaunch wpr_simulation wpb_stage_robocup.launch
• 运行launch文件roslaunch nav_pkg nav.launch
• 使用rviz发送导航点：2D Nav Goal

全局规划器

• move_base默认使用Navfn全局规划器。

• 前两者在功能上没有区别，默认使用Dijkstra算法，可设置参数调整使用A*算法。

• 由于Navfn代码冗杂，且A*算法存在bug因此出现了第二种性能更优，参数更丰富，且有维护的算法。

• 而最后一种比较简单，即从起始点到目标点延伸一条路径，遇到障碍物就停止。

• 但是由于最后一种代码简单，常被用作自定义规划器的模板进行修改。

AMCL定位算法

代价地图Costmap

• 代价地图是对地图上所有的点进行膨胀得到。

• 生成代价地图的范围越大，需要的计算时间就越长。

• 全局代价地图只有在规划全图导航路线的时候才会用到。

• robot_radius：即机器人底盘半径，为第一个膨胀区。

• inflation_radius：膨胀半径，为第二个膨胀区。

• 通过危险程度不同的两层膨胀区域。保障了导航在开阔空间里尽可能远离障碍物，在狭小的路口也不会被膨胀区域堵死，能从最中间最安全的路劲通过，同时兼顾了安全性和可通过性。

• obstacle_range：代价地图半径，一般设置为激光雷达的有效检测距离。

• raytrace_range：用于清除动态障碍物的残留影子。

• observation_sources：动态障碍物的观测来源。

• 最后是观测源的数据参数。

• global_frame：地图的坐标系名称map

• robot_base_frame:机器人地盘坐标系名称

• static_map：是否将map_server发来的地图数据作为初始地图。

• 局部代价地图的global_frame通常会设置为odom，以odom作为参考系，测出的障碍物位置不易跳变。

recovery_behavior恢复行为

• 其中的保守重置和激进重置作用较小

• 适合激光雷达存在盲区的情况

• 重置行为reset_recovery将看不到的地方恢复成出厂设置

• 旋转行为rotate_recovery

• MoveSlowRecovery

局部规划器

DWA规划器

• 底盘加速度限制

• 与障碍物有效的刹车距离

• 尽快到达轨迹终点

• 运动轨迹与全局导航路线的贴合程度——过程

• 轨迹末端和目标点的距离——目标

• 轨迹路线和障碍物之间的距离——风险

TEB规划器

• EB：随机选取一段弹力带，其中全局路线产生吸引力，路线旁的障碍物产生排斥力。

• T：根据机器人的速度、加速度等运动性能，在这个弹力带上预测机器人未来相同时间间隔位移，当存在多条路劲时，就会选择其中最快的一条。

编程实现

导航的Action编程接口

• 编写节点代码nav_client.cpp
• 构建action客户端
• 向move_base发送导航目标值
• 等待导航结果

• 设置编译规则

• 编译节点文件

• 运行节点文件

航点导航

• 保存固定航点信息：包括名称，六元坐标，朝向等

• 新建节点wp_node.cpp

• 节点初始化

• 发布nav_pub

• 订阅res_pub

• 编写订阅节点的回调函数NavResultCallback显示导航结果

• sleep（1）

• 编写消息包msg.name

• 发布消息包

• ros::spin()使程序节点保持运行别退出

• 添加编译规则

• 运行

📎 参考文章

• 一些引用

• 引用文章