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ROS学习笔记——机器人导航避障仿真流程记录

news 2025/10/1 12:23:50

1. 写在前面

由于课程需要，本文记录了ROS实现机器人导航避障仿真的大概流程，至于相关原理则没有进行记录。

参考资料和参考视频如下，供想钻研原理的读者研究学习：

ROS教程学习文档

ROS教程视频

2. 环境配置

本笔记所记载的项目均基于Ubuntu 20.04环境下开发学习。

2.1 ROS安装

这里使用的是国内大佬小鱼的一键安装源来进行安装。

打开终端，输入：

sudo wget http://fishros.com/install -O fishros && . fishros

接着按照提示选择对应的选项，并坐等安装吧。这里我选择安装了1、3和7，大家也可根据自己的需求来安装对应的项目。

注：推荐安装Vs code，可以在vs code里面使用终端，对之后的配置很有帮助，很方便。

在这里插入图片描述

2.2 测试ROS

打开第一个终端窗口，输入并运行 roscore。

roscore

出现如下图的情况，就证明运行成功。

在这里插入图片描述

再打开第二个终端，输入：

rosrun turtlesim turtlesim_node

出现如下图的情况，就证明运行成功。

在这里插入图片描述

再打开第三个终端，输入：

rosrun turtlesim  turtle_teleop_key

此时鼠标点击第三个终端窗口，即可用键盘方向键控制海龟进行移动。

在这里插入图片描述

2.3 安装完成

经过以上步骤，已经安装完成！对了，若想停止这些终端，可以按ctrl+c来进行进程的停止。

这里主要介绍一下整个导航代码及程序的大致框架。URDF 用于创建机器人模型、Rviz 可以显示机器人感知到的环境信息，Gazebo 用于仿真，可以模拟外界环境，以及机器人的一些传感器。不同的是，这里用xacro来辅助编写urdf文件。有关二者的关系，大家可以自行百度，这里不再阐述。

3.1 导航功能实现框图

ROS 官方为了提供了一张导航功能包集的图示，该图中囊括了 ROS 导航的一些关键技术：

3.2 导航依赖包安装

为了实现导航功能，需要安装一些必要的依赖包。打开终端，输入以下命令安装：

sudo apt-get install ros-noetic-arbotix	# 安装Arbotix
sudo apt install ros-noetic-gmapping	# 安装gmapping
sudo apt install ros-noetic-map-server	# 安装map_server
sudo apt-get install ros-noetic-teleop-twist-keyboard # 安装键盘节点控制
sudo apt-get install ros-noetic-navigation # 安装导航依赖包
sudo apt-get install ros-noetic-amcl 	   # 安装acml

3.3 建立工作目录

在终端内输入：

mkdir -p ros_ws/src   # 建立ros工作目录
cd ros_ws
catkin_make
code .

运行完之后会自动打开VS code窗口，此时工作文件夹呈现在窗口的左边栏。

（推荐安装VS code的两个有关插件：ROS、catkin_tool）

在这里插入图片描述

我们要做的就是在工作目录的src文件夹下新建功能包，并导入对应的依赖包。

3.4 建立功能包

右键src，选择Create Catkin Package，此时VS会依次提示填写Package name、Dependencies。这里我填写的参数如下：

在这里插入图片描述
Package name——nav_pack

在这里插入图片描述

Dependencies——gmapping map_server amcl move_base urdf xacro gazebo_ros gazebo_ros_control gazebo_plugins

在这里插入图片描述

3.5 新建相关文件夹

在上述的nav_pack中新建config、launch、map、param、urdf、worlds文件夹以待备用。

也可以进入nav_pack的终端，输入：

mkdir config launch map param urdf worlds

在这里插入图片描述

3.6 小车代码编写

3.6.1 车体编写

在urdf文件夹新建car_base.urdf.xacro，复制以下代码：


<!--使用 xacro 优化 URDF 版的小车底盘实现：实现思路:1.将一些常量、变量封装为 xacro:property比如:PI 值、小车底盘半径、离地间距、车轮半径、宽度 ....2.使用 宏 封装驱动轮以及支撑轮实现，调用相关宏生成驱动轮与支撑轮-->
<!-- 根标签，必须声明 xmlns:xacro -->
<robot name="my_base" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro"><!-- 封装变量、常量 --><!-- PI 值设置精度需要高一些，否则后续车轮翻转量计算时，可能会出现肉眼不能察觉的车轮倾斜，从而导致模型抖动 --><xacro:property name="PI" value="3.1415926"/><!-- 宏:黑色设置 --><material name="black"><color rgba="0.0 0.0 0.0 1.0" /></material><!-- 底盘属性 --><xacro:property name="base_footprint_radius" value="0.001" /> <!-- base_footprint 半径  --><xacro:property name="base_link_radius" value="0.1" /> <!-- base_link 半径 --><xacro:property name="base_link_length" value="0.08" /> <!-- base_link 长 --><xacro:property name="earth_space" value="0.015" /> <!-- 离地间距 --><xacro:property name="base_link_m" value="0.5" /> <!-- 质量  --><!-- 底盘 --><link name="base_footprint"><visual><geometry><sphere radius="${base_footprint_radius}" /></geometry></visual></link><link name="base_link"><visual><geometry><cylinder radius="${base_link_radius}" length="${base_link_length}" /></geometry><origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" /><material name="yellow"><color rgba="0.5 0.3 0.0 0.5" /></material></visual><collision><geometry><cylinder radius="${base_link_radius}" length="${base_link_length}" /></geometry><origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" /></collision><xacro:cylinder_inertial_matrix m="${base_link_m}" r="${base_link_radius}" h="${base_link_length}" /></link><joint name="base_link2base_footprint" type="fixed"><parent link="base_footprint" /><child link="base_link" /><origin xyz="0 0 ${earth_space + base_link_length / 2 }" /></joint><gazebo reference="base_link"><material>Gazebo/Yellow</material></gazebo><!-- 驱动轮 --><!-- 驱动轮属性 --><xacro:property name="wheel_radius" value="0.0325" /><!-- 半径 --><xacro:property name="wheel_length" value="0.015" /><!-- 宽度 --><xacro:property name="wheel_m" value="0.05" /> <!-- 质量  --><!-- 驱动轮宏实现 --><xacro:macro name="add_wheels" params="name flag"><link name="${name}_wheel"><visual><geometry><cylinder radius="${wheel_radius}" length="${wheel_length}" /></geometry><origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="${PI / 2} 0.0 0.0" /><material name="black" /></visual><collision><geometry><cylinder radius="${wheel_radius}" length="${wheel_length}" /></geometry><origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="${PI / 2} 0.0 0.0" /></collision><xacro:cylinder_inertial_matrix m="${wheel_m}" r="${wheel_radius}" h="${wheel_length}" /></link><joint name="${name}_wheel2base_link" type="continuous"><parent link="base_link" /><child link="${name}_wheel" /><origin xyz="0 ${flag * base_link_radius} ${-(earth_space + base_link_length / 2 - wheel_radius) }" /><axis xyz="0 1 0" /></joint><gazebo reference="${name}_wheel"><material>Gazebo/Red</material></gazebo></xacro:macro><xacro:add_wheels name="left" flag="1" /><xacro:add_wheels name="right" flag="-1" /><!-- 支撑轮 --><!-- 支撑轮属性 --><xacro:property name="support_wheel_radius" value="0.0075" /> <!-- 支撑轮半径 --><xacro:property name="support_wheel_m" value="0.03" /> <!-- 质量  --><!-- 支撑轮宏 --><xacro:macro name="add_support_wheel" params="name flag" ><link name="${name}_wheel"><visual><geometry><sphere radius="${support_wheel_radius}" /></geometry><origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" /><material name="black" /></visual><collision><geometry><sphere radius="${support_wheel_radius}" /></geometry><origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" /></collision><xacro:sphere_inertial_matrix m="${support_wheel_m}" r="${support_wheel_radius}" /></link><joint name="${name}_wheel2base_link" type="continuous"><parent link="base_link" /><child link="${name}_wheel" /><origin xyz="${flag * (base_link_radius - support_wheel_radius)} 0 ${-(base_link_length / 2 + earth_space / 2)}" /><axis xyz="1 1 1" /></joint><gazebo reference="${name}_wheel"><material>Gazebo/Red</material></gazebo></xacro:macro><xacro:add_support_wheel name="front" flag="1" /><xacro:add_support_wheel name="back" flag="-1" /></robot>

3.6.2 车相机编写

在urdf文件夹新建car_camera.urdf.xacro，复制以下代码：

<!-- 摄像头相关的 xacro 文件 -->
<robot name="my_camera" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro"><!-- 摄像头属性 --><xacro:property name="camera_length" value="0.01" /> <!-- 摄像头长度(x) --><xacro:property name="camera_width" value="0.025" /> <!-- 摄像头宽度(y) --><xacro:property name="camera_height" value="0.025" /> <!-- 摄像头高度(z) --><xacro:property name="camera_x" value="0.08" /> <!-- 摄像头安装的x坐标 --><xacro:property name="camera_y" value="0.0" /> <!-- 摄像头安装的y坐标 --><xacro:property name="camera_z" value="${base_link_length / 2 + camera_height / 2}" /> <!-- 摄像头安装的z坐标:底盘高度 / 2 + 摄像头高度 / 2  --><xacro:property name="camera_m" value="0.01" /> <!-- 摄像头质量 --><!-- 摄像头关节以及link --><link name="camera"><visual><geometry><box size="${camera_length} ${camera_width} ${camera_height}" /></geometry><origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" /><material name="black" /></visual><collision><geometry><box size="${camera_length} ${camera_width} ${camera_height}" /></geometry><origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" /></collision><xacro:Box_inertial_matrix m="${camera_m}" l="${camera_length}" w="${camera_width}" h="${camera_height}" /></link><joint name="camera2base_link" type="fixed"><parent link="base_link" /><child link="camera" /><origin xyz="${camera_x} ${camera_y} ${camera_z}" /></joint><gazebo reference="camera"><material>Gazebo/Blue</material></gazebo>
</robot>

3.6.3 车雷达编写

在urdf文件夹新建car_laser.urdf.xacro，复制以下代码：

<!--小车底盘添加雷达
-->
<robot name="my_laser" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro"><!-- 雷达支架 --><xacro:property name="support_length" value="0.15" /> <!-- 支架长度 --><xacro:property name="support_radius" value="0.01" /> <!-- 支架半径 --><xacro:property name="support_x" value="0.0" /> <!-- 支架安装的x坐标 --><xacro:property name="support_y" value="0.0" /> <!-- 支架安装的y坐标 --><xacro:property name="support_z" value="${base_link_length / 2 + support_length / 2}" /> <!-- 支架安装的z坐标:底盘高度 / 2 + 支架高度 / 2  --><xacro:property name="support_m" value="0.02" /> <!-- 支架质量 --><link name="support"><visual><geometry><cylinder radius="${support_radius}" length="${support_length}" /></geometry><origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" /><material name="red"><color rgba="0.8 0.2 0.0 0.8" /></material></visual><collision><geometry><cylinder radius="${support_radius}" length="${support_length}" /></geometry><origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" /></collision><xacro:cylinder_inertial_matrix m="${support_m}" r="${support_radius}" h="${support_length}" /></link><joint name="support2base_link" type="fixed"><parent link="base_link" /><child link="support" /><origin xyz="${support_x} ${support_y} ${support_z}" /></joint><gazebo reference="support"><material>Gazebo/White</material></gazebo><!-- 雷达属性 --><xacro:property name="laser_length" value="0.05" /> <!-- 雷达长度 --><xacro:property name="laser_radius" value="0.03" /> <!-- 雷达半径 --><xacro:property name="laser_x" value="0.0" /> <!-- 雷达安装的x坐标 --><xacro:property name="laser_y" value="0.0" /> <!-- 雷达安装的y坐标 --><xacro:property name="laser_z" value="${support_length / 2 + laser_length / 2}" /> <!-- 雷达安装的z坐标:支架高度 / 2 + 雷达高度 / 2  --><xacro:property name="laser_m" value="0.1" /> <!-- 雷达质量 --><!-- 雷达关节以及link --><link name="laser"><visual><geometry><cylinder radius="${laser_radius}" length="${laser_length}" /></geometry><origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" /><material name="black" /></visual><collision><geometry><cylinder radius="${laser_radius}" length="${laser_length}" /></geometry><origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" /></collision><xacro:cylinder_inertial_matrix m="${laser_m}" r="${laser_radius}" h="${laser_length}" /></link><joint name="laser2support" type="fixed"><parent link="support" /><child link="laser" /><origin xyz="${laser_x} ${laser_y} ${laser_z}" /></joint><gazebo reference="laser"><material>Gazebo/Black</material></gazebo>
</robot>

3.6.4 车惯性矩阵编写

在urdf文件夹新建car_head.urdf.xacro，复制以下代码：

<robot name="base" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro"><!-- Macro for inertia matrix --><xacro:macro name="sphere_inertial_matrix" params="m r"><inertial><mass value="${m}" /><inertia ixx="${2*m*r*r/5}" ixy="0" ixz="0"iyy="${2*m*r*r/5}" iyz="0" izz="${2*m*r*r/5}" /></inertial></xacro:macro><xacro:macro name="cylinder_inertial_matrix" params="m r h"><inertial><mass value="${m}" /><inertia ixx="${m*(3*r*r+h*h)/12}" ixy = "0" ixz = "0"iyy="${m*(3*r*r+h*h)/12}" iyz = "0"izz="${m*r*r/2}" /> </inertial></xacro:macro><xacro:macro name="Box_inertial_matrix" params="m l w h"><inertial><mass value="${m}" /><inertia ixx="${m*(h*h + l*l)/12}" ixy = "0" ixz = "0"iyy="${m*(w*w + l*l)/12}" iyz= "0"izz="${m*(w*w + h*h)/12}" /></inertial></xacro:macro>
</robot>

3.6.5 车组装编写

在urdf文件夹新建car.urdf.xacro，复制以下代码：

<!-- 组合小车底盘与摄像头与雷达 -->
<robot name="my_car_camera" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro"><!-- 包含惯性矩阵文件 --><xacro:include filename="car_head.urdf.xacro" /><!-- 包含底盘/摄像头/雷达的xacro文件 --><xacro:include filename="car_base.urdf.xacro" /><xacro:include filename="car_camera.urdf.xacro" /><xacro:include filename="car_laser.urdf.xacro" />
</robot>

3.7 地图编写

此处编写地图文件，以便在后续gazebo中显示。

在worlds文件夹新建box_house.world文件，复制以下代码：

<sdf version='1.7'><world name='default'><light name='sun' type='directional'><cast_shadows>1</cast_shadows><pose>0 0 10 0 -0 0</pose><diffuse>0.8 0.8 0.8 1</diffuse><specular>0.2 0.2 0.2 1</specular><attenuation><range>1000</range><constant>0.9</constant><linear>0.01</linear><quadratic>0.001</quadratic></attenuation><direction>-0.5 0.1 -0.9</direction><spot><inner_angle>0</inner_angle><outer_angle>0</outer_angle><falloff>0</falloff></spot></light><model name='ground_plane'><static>1</static><link name='link'><collision name='collision'><geometry><plane><normal>0 0 1</normal><size>100 100</size></plane></geometry><surface><contact><collide_bitmask>65535</collide_bitmask><ode/></contact><friction><ode><mu>100</mu><mu2>50</mu2></ode><torsional><ode/></torsional></friction><bounce/></surface><max_contacts>10</max_contacts></collision><visual name='visual'><cast_shadows>0</cast_shadows><geometry><plane><normal>0 0 1</normal><size>100 100</size></plane></geometry><material><script><uri>file://media/materials/scripts/gazebo.material</uri><name>Gazebo/Grey</name></script></material></visual><self_collide>0</self_collide><enable_wind>0</enable_wind><kinematic>0</kinematic></link></model><gravity>0 0 -9.8</gravity><magnetic_field>6e-06 2.3e-05 -4.2e-05</magnetic_field><atmosphere type='adiabatic'/><physics type='ode'><max_step_size>0.001</max_step_size><real_time_factor>1</real_time_factor><real_time_update_rate>1000</real_time_update_rate></physics><scene><ambient>0.4 0.4 0.4 1</ambient><background>0.7 0.7 0.7 1</background><shadows>1</shadows></scene><wind/><spherical_coordinates><surface_model>EARTH_WGS84</surface_model><latitude_deg>0</latitude_deg><longitude_deg>0</longitude_deg><elevation>0</elevation><heading_deg>0</heading_deg></spherical_coordinates><model name='box_house'><pose>-1.97643 0.059964 0 0 -0 0</pose><link name='Wall_1'><collision name='Wall_1_Collision'><geometry><box><size>13 0.15 2.5</size></box></geometry><pose>0 0 1.25 0 -0 0</pose><surface><contact><ode/></contact><bounce/><friction><torsional><ode/></torsional><ode/></friction></surface><max_contacts>10</max_contacts></collision><visual name='Wall_1_Visual'><pose>0 0 1.25 0 -0 0</pose><geometry><box><size>13 0.15 2.5</size></box></geometry><material><script><uri>file://media/materials/scripts/gazebo.material</uri><name>Gazebo/CeilingTiled</name></script><ambient>1 1 1 1</ambient></material><meta><layer>0</layer></meta></visual><pose>0 3.925 0 0 -0 0</pose><self_collide>0</self_collide><enable_wind>0</enable_wind><kinematic>0</kinematic></link><link name='Wall_2'><collision name='Wall_2_Collision'><geometry><box><size>8 0.15 2.5</size></box></geometry><pose>0 0 1.25 0 -0 0</pose><surface><contact><ode/></contact><bounce/><friction><torsional><ode/></torsional><ode/></friction></surface><max_contacts>10</max_contacts></collision><visual name='Wall_2_Visual'><pose>0 0 1.25 0 -0 0</pose><geometry><box><size>8 0.15 2.5</size></box></geometry><material><script><uri>file://media/materials/scripts/gazebo.material</uri><name>Gazebo/Bricks</name></script><ambient>1 1 1 1</ambient></material><meta><layer>0</layer></meta></visual><pose>6.425 -0 0 0 -0 -1.5708</pose><self_collide>0</self_collide><enable_wind>0</enable_wind><kinematic>0</kinematic></link><link name='Wall_3'><collision name='Wall_3_Collision'><geometry><box><size>13 0.15 2.5</size></box></geometry><pose>0 0 1.25 0 -0 0</pose><surface><contact><ode/></contact><bounce/><friction><torsional><ode/></torsional><ode/></friction></surface><max_contacts>10</max_contacts></collision><visual name='Wall_3_Visual'><pose>0 0 1.25 0 -0 0</pose><geometry><box><size>13 0.15 2.5</size></box></geometry><material><script><uri>file://media/materials/scripts/gazebo.material</uri><name>Gazebo/CeilingTiled</name></script><ambient>1 1 1 1</ambient></material><meta><layer>0</layer></meta></visual><pose>0 -3.925 0 0 -0 3.14159</pose><self_collide>0</self_collide><enable_wind>0</enable_wind><kinematic>0</kinematic></link><link name='Wall_4'><collision name='Wall_4_Collision'><geometry><box><size>8 0.15 2.5</size></box></geometry><pose>0 0 1.25 0 -0 0</pose><surface><contact><ode/></contact><bounce/><friction><torsional><ode/></torsional><ode/></friction></surface><max_contacts>10</max_contacts></collision><visual name='Wall_4_Visual'><pose>0 0 1.25 0 -0 0</pose><geometry><box><size>8 0.15 2.5</size></box></geometry><material><script><uri>file://media/materials/scripts/gazebo.material</uri><name>Gazebo/Wood</name></script><ambient>1 1 1 1</ambient></material><meta><layer>0</layer></meta></visual><pose>-6.425 -0 0 0 -0 1.5708</pose><self_collide>0</self_collide><enable_wind>0</enable_wind><kinematic>0</kinematic></link><static>1</static></model><model name='unit_box'><pose>-7.27143 3.09748 0.5 0 -0 0</pose><link name='link'><inertial><mass>1</mass><inertia><ixx>0.166667</ixx><ixy>0</ixy><ixz>0</ixz><iyy>0.166667</iyy><iyz>0</iyz><izz>0.166667</izz></inertia><pose>0 0 0 0 -0 0</pose></inertial><collision name='collision'><geometry><box><size>1 1 1</size></box></geometry><surface><contact><ode/></contact><bounce/><friction><torsional><ode/></torsional><ode/></friction></surface><max_contacts>10</max_contacts></collision><visual name='visual'><geometry><box><size>1 1 1</size></box></geometry><material><script><name>Gazebo/Grey</name><uri>file://media/materials/scripts/gazebo.material</uri></script></material></visual><self_collide>0</self_collide><enable_wind>0</enable_wind><kinematic>0</kinematic></link></model><model name='unit_cylinder'><pose>-4.57746 0.509886 0.5 0 -0 0</pose><link name='link'><inertial><mass>1</mass><inertia><ixx>0.145833</ixx><ixy>0</ixy><ixz>0</ixz><iyy>0.145833</iyy><iyz>0</iyz><izz>0.125</izz></inertia><pose>0 0 0 0 -0 0</pose></inertial><collision name='collision'><geometry><cylinder><radius>0.5</radius><length>1</length></cylinder></geometry><surface><contact><ode/></contact><bounce/><friction><torsional><ode/></torsional><ode/></friction></surface><max_contacts>10</max_contacts></collision><visual name='visual'><geometry><cylinder><radius>0.5</radius><length>1</length></cylinder></geometry><material><script><name>Gazebo/Grey</name><uri>file://media/materials/scripts/gazebo.material</uri></script></material></visual><self_collide>0</self_collide><enable_wind>0</enable_wind><kinematic>0</kinematic></link></model><state world_name='default'><sim_time>257 459000000</sim_time><real_time>196 129745222</real_time><wall_time>1593764309 76438721</wall_time><iterations>194518</iterations><model name='box_house'><pose>-1.97643 0.05996 0 0 -0 0</pose><scale>1 1 1</scale><link name='Wall_1'><pose>-1.97643 3.98496 0 0 -0 0</pose><velocity>0 0 0 0 -0 0</velocity><acceleration>0 0 0 0 -0 0</acceleration><wrench>0 0 0 0 -0 0</wrench></link><link name='Wall_2'><pose>4.44857 0.059964 0 0 0 -1.5708</pose><velocity>0 0 0 0 -0 0</velocity><acceleration>0 0 0 0 -0 0</acceleration><wrench>0 0 0 0 -0 0</wrench></link><link name='Wall_3'><pose>-1.97643 -3.86504 0 0 -0 3.14159</pose><velocity>0 0 0 0 -0 0</velocity><acceleration>0 0 0 0 -0 0</acceleration><wrench>0 0 0 0 -0 0</wrench></link><link name='Wall_4'><pose>-8.40143 0.059964 0 0 -0 1.5708</pose><velocity>0 0 0 0 -0 0</velocity><acceleration>0 0 0 0 -0 0</acceleration><wrench>0 0 0 0 -0 0</wrench></link></model><model name='ground_plane'><pose>0 0 0 0 -0 0</pose><scale>1 1 1</scale><link name='link'><pose>0 0 0 0 -0 0</pose><velocity>0 0 0 0 -0 0</velocity><acceleration>0 0 0 0 -0 0</acceleration><wrench>0 0 0 0 -0 0</wrench></link></model><model name='unit_box'><pose>-7.27142 3.09748 0.499995 0 1e-05 0</pose><scale>1 1 1</scale><link name='link'><pose>-7.27142 3.09748 0.499995 0 1e-05 0</pose><velocity>0 0 0 0 -0 0</velocity><acceleration>0.010615 -0.006191 -9.78231 0.012424 0.021225 1.8e-05</acceleration><wrench>0.010615 -0.006191 -9.78231 0 -0 0</wrench></link></model><model name='unit_box_0'><pose>-4.96407 -2.00353 0.499995 -1e-05 -0 -0</pose><scale>1 1 1</scale><link name='link'><pose>-4.96407 -2.00353 0.499995 -1e-05 -0 -0</pose><velocity>0 0 0 0 -0 0</velocity><acceleration>0.004709 0.011055 -9.78158 -0.022108 0.009414 1e-06</acceleration><wrench>0.004709 0.011055 -9.78158 0 -0 0</wrench></link></model><model name='unit_box_1'><pose>3.83312 3.3034 0.499995 0 1e-05 0</pose><scale>1 1 1</scale><link name='link'><pose>3.83312 3.3034 0.499995 0 1e-05 0</pose><velocity>0 0 0 0 -0 0</velocity><acceleration>0.010615 -0.006191 -9.78231 0.012424 0.021225 1.8e-05</acceleration><wrench>0.010615 -0.006191 -9.78231 0 -0 0</wrench></link></model><model name='unit_cylinder'><pose>-4.57746 0.509884 0.499998 3e-06 4e-06 -0</pose><scale>1 1 1</scale><link name='link'><pose>-4.57746 0.509884 0.499998 3e-06 4e-06 -0</pose><velocity>0 0 0 0 -0 0</velocity><acceleration>0 0 -9.8 0 -0 0</acceleration><wrench>0 0 -9.8 0 -0 0</wrench></link></model><model name='unit_cylinder_0'><pose>-0.988146 2.12658 0.499993 -3e-06 -4e-06 -0</pose><scale>1 1 1</scale><link name='link'><pose>-0.988146 2.12658 0.499993 -3e-06 -4e-06 -0</pose><velocity>0 0 0 0 -0 0</velocity><acceleration>0 0 -9.8 0 -0 0</acceleration><wrench>0 0 -9.8 0 -0 0</wrench></link></model><model name='unit_cylinder_1'><pose>-0.890576 -1.90634 0.499997 3e-06 4e-06 -0</pose><scale>1 1 1</scale><link name='link'><pose>-0.890576 -1.90634 0.499997 3e-06 4e-06 -0</pose><velocity>0 0 0 0 -0 0</velocity><acceleration>0 0 -9.8 0 -0 0</acceleration><wrench>0 0 -9.8 0 -0 0</wrench></link></model><light name='sun'><pose>0 0 10 0 -0 0</pose></light></state><gui fullscreen='0'><camera name='user_camera'><pose>-2.68744 -4.4037 20.9537 -0 1.31164 1.40819</pose><view_controller>orbit</view_controller><projection_type>perspective</projection_type></camera></gui><model name='unit_box_0'><pose>-4.96407 -2.00354 0.5 0 -0 0</pose><link name='link'><inertial><mass>1</mass><inertia><ixx>0.166667</ixx><ixy>0</ixy><ixz>0</ixz><iyy>0.166667</iyy><iyz>0</iyz><izz>0.166667</izz></inertia><pose>0 0 0 0 -0 0</pose></inertial><collision name='collision'><geometry><box><size>1 1 1</size></box></geometry><surface><contact><ode/></contact><bounce/><friction><torsional><ode/></torsional><ode/></friction></surface><max_contacts>10</max_contacts></collision><visual name='visual'><geometry><box><size>1 1 1</size></box></geometry><material><script><name>Gazebo/Grey</name><uri>file://media/materials/scripts/gazebo.material</uri></script></material></visual><self_collide>0</self_collide><enable_wind>0</enable_wind><kinematic>0</kinematic></link></model><model name='unit_box_1'><pose>3.83312 3.3034 0.5 0 -0 0</pose><link name='link'><inertial><mass>1</mass><inertia><ixx>0.166667</ixx><ixy>0</ixy><ixz>0</ixz><iyy>0.166667</iyy><iyz>0</iyz><izz>0.166667</izz></inertia><pose>0 0 0 0 -0 0</pose></inertial><collision name='collision'><geometry><box><size>1 1 1</size></box></geometry><surface><contact><ode/></contact><bounce/><friction><torsional><ode/></torsional><ode/></friction></surface><max_contacts>10</max_contacts></collision><visual name='visual'><geometry><box><size>1 1 1</size></box></geometry><material><script><name>Gazebo/Grey</name><uri>file://media/materials/scripts/gazebo.material</uri></script></material></visual><self_collide>0</self_collide><enable_wind>0</enable_wind><kinematic>0</kinematic></link></model><model name='unit_cylinder_0'><pose>-0.988144 2.12658 0.5 0 -0 0</pose><link name='link'><inertial><mass>1</mass><inertia><ixx>0.145833</ixx><ixy>0</ixy><ixz>0</ixz><iyy>0.145833</iyy><iyz>0</iyz><izz>0.125</izz></inertia><pose>0 0 0 0 -0 0</pose></inertial><collision name='collision'><geometry><cylinder><radius>0.5</radius><length>1</length></cylinder></geometry><surface><contact><ode/></contact><bounce/><friction><torsional><ode/></torsional><ode/></friction></surface><max_contacts>10</max_contacts></collision><visual name='visual'><geometry><cylinder><radius>0.5</radius><length>1</length></cylinder></geometry><material><script><name>Gazebo/Grey</name><uri>file://media/materials/scripts/gazebo.material</uri></script></material></visual><self_collide>0</self_collide><enable_wind>0</enable_wind><kinematic>0</kinematic></link></model><model name='unit_cylinder_1'><pose>-0.890578 -1.90634 0.5 0 -0 0</pose><link name='link'><inertial><mass>1</mass><inertia><ixx>0.145833</ixx><ixy>0</ixy><ixz>0</ixz><iyy>0.145833</iyy><iyz>0</iyz><izz>0.125</izz></inertia><pose>0 0 0 0 -0 0</pose></inertial><collision name='collision'><geometry><cylinder><radius>0.5</radius><length>1</length></cylinder></geometry><surface><contact><ode/></contact><bounce/><friction><torsional><ode/></torsional><ode/></friction></surface><max_contacts>10</max_contacts></collision><visual name='visual'><geometry><cylinder><radius>0.5</radius><length>1</length></cylinder></geometry><material><script><name>Gazebo/Grey</name><uri>file://media/materials/scripts/gazebo.material</uri></script></material></visual><self_collide>0</self_collide><enable_wind>0</enable_wind><kinematic>0</kinematic></link></model></world>
</sdf>

3.8 launch编写——在gazebo中展示地图和小车

在launch文件夹下新建nav_show_car.launch，复制以下代码：

<launch><!-- 将 Urdf 文件的内容加载到参数服务器 --><param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro $(find nav_pack)/urdf/car.urdf.xacro" /><!-- 启动 gazebo --><include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch"><arg name="world_name" value="$(find nav_pack)/worlds/box_house.world" /></include><!-- 在 gazebo 中显示机器人模型 --><node pkg="gazebo_ros" type="spawn_model" name="model" args="-urdf -model mycar -param robot_description"  />
</launch>

3.9 运行launch文件

在ros_ws的终端下，输入 catkin_make进行编译。接着运行 source devel/setup.bash添加环境变量。最后，输入：

roslaunch nav_pack nav_show_car.launch

运行launch文件。操作如图所示：

在这里插入图片描述

运行结果如下所示：

注：如果出现

RLException: [xxx.launch] is neither a launch file in package [nav_pack] nor is [nav_pack] a launch file name The traceback for the exception was written to the log file

则可以先使用上述“编译+添加环境变量”的命令来解决，之后再roslaunch即可。

在这里插入图片描述

4. SLAM绘制地图并利用键盘控制机器人

4.1 launch编写——slam建图

在launch文件夹新建nav_params_slam.launch，复制以下代码：

<launch>
<param name="use_sim_time" value="true"/><node pkg="gmapping" type="slam_gmapping" name="slam_gmapping" output="screen"><remap from="scan" to="scan"/><param name="base_frame" value="base_footprint"/><!--底盘坐标系--><param name="odom_frame" value="odom"/> <!--里程计坐标系--><param name="map_update_interval" value="5.0"/><param name="maxUrange" value="16.0"/><param name="sigma" value="0.05"/><param name="kernelSize" value="1"/><param name="lstep" value="0.05"/><param name="astep" value="0.05"/><param name="iterations" value="5"/><param name="lsigma" value="0.075"/><param name="ogain" value="3.0"/><param name="lskip" value="0"/><param name="srr" value="0.1"/><param name="srt" value="0.2"/><param name="str" value="0.1"/><param name="stt" value="0.2"/><param name="linearUpdate" value="1.0"/><param name="angularUpdate" value="0.5"/><param name="temporalUpdate" value="3.0"/><param name="resampleThreshold" value="0.5"/><param name="particles" value="30"/><param name="xmin" value="-50.0"/><param name="ymin" value="-50.0"/><param name="xmax" value="50.0"/><param name="ymax" value="50.0"/><param name="delta" value="0.05"/><param name="llsamplerange" value="0.01"/><param name="llsamplestep" value="0.01"/><param name="lasamplerange" value="0.005"/><param name="lasamplestep" value="0.005"/></node></launch>

4.2 gazebo集成代码编写

通过 Gazebo 模拟机器人的传感器，以便在 Rviz 中显示这些传感器感知到的数据。

主要内容包括:

运动控制以及里程计信息显示
雷达信息仿真以及显示
摄像头信息仿真以及显示
kinect 信息仿真以及显示

4.2.1 camera

在urdf文件夹下新建gazebo文件夹，并在gazebo文件夹中新建camera.urdf.xacro，复制以下代码：

<robot name="my_sensors" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro"><!-- 被引用的link --><gazebo reference="camera"><!-- 类型设置为 camara --><sensor type="camera" name="camera_node"><update_rate>30.0</update_rate> <!-- 更新频率 --><!-- 摄像头基本信息设置 --><camera name="head"><horizontal_fov>1.3962634</horizontal_fov><image><width>1280</width><height>720</height><format>R8G8B8</format></image><clip><near>0.02</near><far>300</far></clip><noise><type>gaussian</type><mean>0.0</mean><stddev>0.007</stddev></noise></camera><!-- 核心插件 --><plugin name="gazebo_camera" filename="libgazebo_ros_camera.so"><alwaysOn>true</alwaysOn><updateRate>0.0</updateRate><cameraName>/camera</cameraName><imageTopicName>image_raw</imageTopicName><cameraInfoTopicName>camera_info</cameraInfoTopicName><frameName>camera</frameName><hackBaseline>0.07</hackBaseline><distortionK1>0.0</distortionK1><distortionK2>0.0</distortionK2><distortionK3>0.0</distortionK3><distortionT1>0.0</distortionT1><distortionT2>0.0</distortionT2></plugin></sensor></gazebo>
</robot>

4.2.2 kinect

在gazebo文件夹中新建kinect.urdf.xacro，复制以下代码：

<robot name="my_sensors" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro"><!-- 使用support当深度相机 --><gazebo reference="support">  <sensor type="depth" name="camera"><always_on>true</always_on><update_rate>20.0</update_rate><camera><horizontal_fov>${60.0*PI/180.0}</horizontal_fov><image><format>R8G8B8</format><width>640</width><height>480</height></image><clip><near>0.05</near><far>8.0</far></clip></camera><plugin name="kinect_camera_controller" filename="libgazebo_ros_openni_kinect.so"><cameraName>camera</cameraName><alwaysOn>true</alwaysOn><updateRate>10</updateRate><imageTopicName>rgb/image_raw</imageTopicName><depthImageTopicName>depth/image_raw</depthImageTopicName><pointCloudTopicName>depth/points</pointCloudTopicName><cameraInfoTopicName>rgb/camera_info</cameraInfoTopicName><depthImageCameraInfoTopicName>depth/camera_info</depthImageCameraInfoTopicName><frameName>support</frameName><baseline>0.1</baseline><distortion_k1>0.0</distortion_k1><distortion_k2>0.0</distortion_k2><distortion_k3>0.0</distortion_k3><distortion_t1>0.0</distortion_t1><distortion_t2>0.0</distortion_t2><pointCloudCutoff>0.4</pointCloudCutoff></plugin></sensor></gazebo></robot>

4.2.3 laser

在gazebo文件夹中新建laser.urdf.xacro，复制以下代码：

<robot name="my_sensors" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro"><!-- 雷达 --><gazebo reference="laser"><sensor type="ray" name="rplidar"><pose>0 0 0 0 0 0</pose><visualize>true</visualize><update_rate>5.5</update_rate><ray><scan><horizontal><samples>360</samples><resolution>1</resolution><min_angle>-3</min_angle><max_angle>3</max_angle></horizontal></scan><range><min>0.10</min><max>30.0</max><resolution>0.01</resolution></range><noise><type>gaussian</type><mean>0.0</mean><stddev>0.01</stddev></noise></ray><plugin name="gazebo_rplidar" filename="libgazebo_ros_laser.so"><topicName>/scan</topicName><frameName>laser</frameName></plugin></sensor></gazebo></robot>

4.2.4 move

在gazebo文件夹中新建move.urdf.xacro，复制以下代码：

<robot name="my_car_move" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro"><!-- 传动实现:用于连接控制器与关节 --><xacro:macro name="joint_trans" params="joint_name"><!-- Transmission is important to link the joints and the controller --><transmission name="${joint_name}_trans"><type>transmission_interface/SimpleTransmission</type><joint name="${joint_name}"><hardwareInterface>hardware_interface/VelocityJointInterface</hardwareInterface></joint><actuator name="${joint_name}_motor"><hardwareInterface>hardware_interface/VelocityJointInterface</hardwareInterface><mechanicalReduction>1</mechanicalReduction></actuator></transmission></xacro:macro><!-- 每一个驱动轮都需要配置传动装置 --><xacro:joint_trans joint_name="left_wheel2base_link" /><xacro:joint_trans joint_name="right_wheel2base_link" /><!-- 控制器 --><gazebo><plugin name="differential_drive_controller" filename="libgazebo_ros_diff_drive.so"><rosDebugLevel>Debug</rosDebugLevel><publishWheelTF>true</publishWheelTF><robotNamespace>/</robotNamespace><publishTf>1</publishTf><publishWheelJointState>true</publishWheelJointState><alwaysOn>true</alwaysOn><updateRate>100.0</updateRate><legacyMode>true</legacyMode><leftJoint>left_wheel2base_link</leftJoint> <!-- 左轮 --><rightJoint>right_wheel2base_link</rightJoint> <!-- 右轮 --><wheelSeparation>${base_link_radius * 2}</wheelSeparation> <!-- 车轮间距 --><wheelDiameter>${wheel_radius * 2}</wheelDiameter> <!-- 车轮直径 --><broadcastTF>1</broadcastTF><wheelTorque>30</wheelTorque><wheelAcceleration>1.8</wheelAcceleration><commandTopic>cmd_vel</commandTopic> <!-- 运动控制话题 --><odometryFrame>odom</odometryFrame> <odometryTopic>odom</odometryTopic> <!-- 里程计话题 --><robotBaseFrame>base_footprint</robotBaseFrame> <!-- 根坐标系 --></plugin></gazebo></robot>

4.2.5 修改car.urdf.xacro文件

在添加上述gazebo文件之后，还需对它们进行引用。打开先前创建的car.urdf.xacro文件，复制以下代码：

<!-- 组合小车底盘与摄像头与雷达 -->
<robot name="my_car_camera" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro"><!-- 包含惯性矩阵文件 --><xacro:include filename="car_head.urdf.xacro" /><!-- 包含底盘/摄像头/雷达的xacro文件 --><xacro:include filename="car_base.urdf.xacro" /><xacro:include filename="car_camera.urdf.xacro" /><xacro:include filename="car_laser.urdf.xacro" /><!-- 在gazebo里面显示 --><xacro:include filename="gazebo/laser.urdf.xacro" /><xacro:include filename="gazebo/camera.urdf.xacro" /><xacro:include filename="gazebo/kinect.urdf.xacro" /><xacro:include filename="gazebo/move.urdf.xacro" />
</robot>

4.3 重要！launch编写——nav_main主launch编写

在launch文件夹新建nav_main.launch文件，作为之后的主控launch文件。

之后还会在nav_main.launch文件下进行功能的添加。

复制以下代码：

<launch><!-- 启动机器人状态和关节状态发布节点 --><node pkg="joint_state_publisher" name="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" /><node pkg="robot_state_publisher" name="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" /><!-- 启动 rivz --><node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz" /><!-- 引入机器人模型及相关环境 --><include file="$(find nav_pack)/launch/nav_show_car.launch" /><!-- 引入gmapping参数，slam建图 --><include file="$(find nav_pack)/launch/nav_params_slam.launch" /></launch>

4.4 启动SLAM仿真

ros_ws终端中输入以下命令来运行launch。注：可能会遇到同3.9节一样的问题报错，解决方法是一样的，之后将不再赘述。

roslaunch nav_pack nav_main.launch

运行结果如下：

在这里插入图片描述

在打开的rviz窗口里面点击左下角的“Add”，添加Map、RobotModel。

Map需订阅Topic，如图所示：

在这里插入图片描述

4.5 键盘控制

在上述窗口打开完毕后，新建终端，输入：

rosrun teleop_twist_keyboard teleop_twist_keyboard.py	# 调用键盘控制节点

这里的键盘操作是用U、I、O、J、K、L、M、<、>键控制，键盘说明如下：

键	功能
U	逆时针前进
I	前进
O	顺时针前进
J	停止并逆时针旋转
K	停止
L	停止并顺时针旋转
M	顺时针后退
<	后退
>	逆时针后退

控制小车把rviz的地图全扫清楚后，如下图。即可进行下列的保存地图操作。

在这里插入图片描述

4.6 保存rviz文件

此处还需要将该rviz文件保存至config目录下，以便后续使用。这里点击左上角的File来保存rviz文件，将文件命名为show并进行在config目录下的保存，保存完毕后可在config文件夹下看到show.rviz文件。

4.7 保存SLAM的地图

在launch文件夹新建nav_save_map.launch，复制以下代码：

<launch><!-- nav是保存的文件名 --><arg name="filename" value="$(find nav_pack)/map/nav" /><node name="map_save" pkg="map_server" type="map_saver" args="-f $(arg filename)" />
</launch>

在vs code中新建一个ros_ws路径下的终端，roslaunch刚刚新建的nav_save_map.launch文件，以保存当前rviz显示的地图。命令如下：

roslaunch nav_pack nav_save_map.launch

这里简单说明一下roslaunch命令的格式，即：

roslaunch 功能包包名 launch文件名

保存后会在nav_pack文件夹的map文件夹看到两个名为nav的文件。

5. AMCL机器人自身定位仿真

停止运行上述进程，关闭rviz、gazebo，接下来实现定位的仿真。

5.1 读取保存的地图

在launch文件夹中新建nav_load_map.launch，复制以下代码：

<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="$(find nav_pack)/map/$(arg map)"/></launch>

5.2 新建AMCL定位文件

在launch文件夹中新建nav_amcl.launch，复制以下代码：

<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="0.2" /><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 --><param name="resample_interval" value="1"/><param name="transform_tolerance" value="0.1"/><param name="recovery_alpha_slow" value="0.0"/><param name="recovery_alpha_fast" value="0.0"/>
</node>
</launch>

5.3 修改nav_main.launch文件

复制以下代码：

<launch><!-- 启动机器人状态和关节状态发布节点 --><node pkg="joint_state_publisher" name="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" /><node pkg="robot_state_publisher" name="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" /><!-- 启动 rivz --><node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz" args="-d $(find nav_pack)/config/show.rviz"/> <!-- <node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz" />  --><!-- 引入机器人模型及相关环境 --><include file="$(find nav_pack)/launch/nav_show_car.launch" /><!-- 引入gmapping参数，slam建图 --><!-- <include file="$(find nav_pack)/launch/nav_params_slam.launch" /> --><!-- 运行地图服务器，并且加载设置的地图--><include file="$(find nav_pack)/launch/nav_load_map.launch" /><!-- 启动AMCL节点 --><include file="$(find nav_pack)/launch/nav_amcl.launch" /></launch>

5.4 启动launch

roslaunch启动nav_main.launch，命令为

roslaunch nav_pack nav_main.launch
# roslaunch 功能包名 launch文件名

在rviz加载（Add）PoseArray并订阅/particlecloud话题，之后运行键盘控制语句来控制小车。

rosrun teleop_twist_keyboard teleop_twist_keyboard.py

结果如下。箭头越是密集，说明当前机器人处于此位置的概率越高。

在这里插入图片描述

6. 路径规划导航

毋庸置疑的，路径规划是导航中的核心功能之一，在ROS的导航功能包集navigation中提供了 move_base 功能包，用于实现此功能。

6.1 路径规划参数文件配置

在param文件夹下，新建base_local_planner_params.yaml、costmap_common_params.yaml、global_costmap_params.yaml、local_costmap_params.yaml四个文件。四个文件的代码如下。

6.1.1 base_local_planner_params.yaml

TrajectoryPlannerROS:# Robot Configuration Parametersmax_vel_x: 0.5 # X 方向最大速度min_vel_x: 0.1 # X 方向最小速速max_vel_theta:  1.0 # min_vel_theta: -1.0min_in_place_vel_theta: 1.0acc_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: 0.10yaw_goal_tolerance: 0.05# 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: 0.8vx_samples: 18vtheta_samples: 20sim_granularity: 0.05

6.1.2 costmap_common_params.yaml

#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, -0.12], [-0.12, 0.12], [0.12, 0.12], [0.12, -0.12]] #其他形状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}

6.1.3 global_costmap_params.yaml

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: 0.5 #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.

6.1.4 local_costmap_params.yaml

local_costmap:global_frame: odom #里程计坐标系robot_base_frame: base_footprint #机器人坐标系update_frequency: 10.0 #代价地图更新频率publish_frequency: 10.0 #代价地图的发布频率transform_tolerance: 0.5 #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 mheight: 3 # 局部地图高度 单位是 mresolution: 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

6.2 导航launch文件编写

在launch文件夹下新建nav_path.launch，复制以下：

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

6.3 修改nav_main.launch文件

复制以下：

<launch><!-- 启动机器人状态和关节状态发布节点 --><node pkg="joint_state_publisher" name="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" /><node pkg="robot_state_publisher" name="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" /><!-- 启动 rivz --><node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz" args="-d $(find nav_pack)/config/show.rviz"/> <!-- <node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz" />  --><!-- 引入机器人模型及相关环境 --><include file="$(find nav_pack)/launch/nav_show_car.launch" /><!-- 引入gmapping参数，slam建图 --><!-- <include file="$(find nav_pack)/launch/nav_params_slam.launch" /> --><!-- 运行地图服务器，并且加载设置的地图--><include file="$(find nav_pack)/launch/nav_load_map.launch" /><!-- 启动AMCL节点 --><include file="$(find nav_pack)/launch/nav_amcl.launch" /><!-- 运行move_base节点 --><include file="$(find nav_pack)/launch/nav_path.launch" /></launch>

6.4 启动launch

roslaunch启动nav_main.launch。

在rviz中Add两个Map和两个Path，订阅话题如下。

两个Map：

在这里插入图片描述

两个Path：

在这里插入图片描述

接着即可通过Rviz工具栏的 2D Nav Goal设置目的地实现导航。结果如下：

在这里插入图片描述

7. 导航与SLAM建图

导航时需要地图信息，之前导航实现时，是通过 map_server 包的 map_server 节点来发布地图信息的，如果不先通过SLAM建图，那么如何发布地图信息呢？

SLAM建图过程中本身就会时时发布地图信息，所以无需再使用map_server，SLAM已经发布了话题为 /map 的地图消息了，且导航需要定位模块，SLAM本身也是可以实现定位的。

7.1 修改nav_main.launch文件

无需调用map_server的相关节点，只需要启动SLAM节点与move_base节点。

<launch><!-- 启动机器人状态和关节状态发布节点 --><node pkg="joint_state_publisher" name="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" /><node pkg="robot_state_publisher" name="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" /><!-- 启动 rivz --><node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz" args="-d $(find nav_pack)/config/show.rviz"/> <!-- <node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz" />  --><!-- 引入机器人模型及相关环境 --><include file="$(find nav_pack)/launch/nav_show_car.launch" /><!-- 引入gmapping参数，slam建图 --><include file="$(find nav_pack)/launch/nav_params_slam.launch" /><!-- 运行地图服务器，并且加载设置的地图--><!-- <include file="$(find nav_pack)/launch/nav_load_map.launch" /> --><!-- 启动AMCL节点 --><include file="$(find nav_pack)/launch/nav_amcl.launch" /><!-- 运行move_base节点 --><include file="$(find nav_pack)/launch/nav_path.launch" /></launch>