ROS1学习之激光雷达

一激光雷达概述

  激光雷达相当于机器人的眼睛，机器人通过激光雷达实现对周围环境的探测。激光雷达（LiDAR，Light Detection and Ranging）是ROS机器人中用于环境感知的核心传感器之一，通过发射激光束并接收反射信号，生成高精度的环境距离和轮廓信息。

二.gazebo和rvize

gazebo和rvize的区别在于gazebo是仿真环境而rviz是接受机器人传感器数据并进行反映。

以下是来自deepseek关于该点的理论介绍：

  Gazebo和Rviz是ROS生态中两个互补但功能截然不同的工具，它们如同机器人的“虚拟实验室”与“数据仪表盘”，共同支撑着机器人开发的全流程。Gazebo是一个高保真的物理仿真引擎，它构建了一个可以模拟真实物理规律的数字世界，允许开发者在其中设计机器人的机械结构、传感器配置，甚至模拟复杂环境中的动态交互，比如机器人在崎岖地形行走时车轮与地面的摩擦力、激光雷达在雾天环境中的信号衰减。它内置了ODE（Open Dynamics Engine）或Bullet等物理引擎，能够计算刚体运动、关节约束、碰撞检测，甚至模拟软体变形。例如，当仿真一个搭载机械臂的移动机器人时，Gazebo不仅会渲染出机器人的三维模型，还会精确计算机械臂抓取物体时的力矩是否足以克服重力，若电机扭矩参数设置不当，仿真中会直接呈现抓取失败的场景。开发者可以在此环境中测试导航算法在极端天气下的鲁棒性，或者验证无人机在磁场干扰中的控制稳定性，而无需担心真实实验可能带来的硬件损坏风险。

  Rviz则是一个高度可定制的三维可视化工具，它像手术台上的无影灯，将机器人运行时的内部状态层层剖开展现。它不关心数据来自仿真还是真实硬件，只专注于将抽象的ROS话题、坐标变换、点云、图像等信息转化为人类可直观理解的视觉元素。例如，当机器人执行SLAM建图时，Rviz可以同时显示激光雷达的实时扫描线（红色扇形区域）、逐渐生成的栅格地图（灰白网格）、机器人的运动轨迹（绿色路径箭头），以及摄像头捕捉的街景图像（浮动视窗），这些图层叠加在一起，构成一个动态的数字孪生体。开发者可以通过Rviz的插件系统扩展功能，比如嵌入一个交互式的目标点设置面板，点击地图某处即可触发导航任务；或是添加一个位姿估计工具，手动拖动机器人模型矫正初始定位误差。Rviz的强大之处在于它的“数据无关性”——无论是处理Gazebo中虚拟激光雷达产生的/scan话题，还是解析真实机器人通过Wi-Fi传输的/odom里程计数据，它都以一致的视觉语言呈现，使得算法从仿真到实机的过渡更为平滑。

三.运行实例

打开一个终端，运行roslaunch wpr_simulation wpb_simple.launch

另开一个终端，输入rviz

或者直接输入roslaunch wpr_simulation wpb_rviz.launch

点击在rviz下左下方的add按钮，依次加入RobotModel和LaserScan模型，并将Fixed Frame切换为base_footprint和LaserScan的Topic切换为/scan

可以得到下图，左边是传感器信息，右边是gazebo的仿真。

餐
 

即可看到gazebo下机器人的传感器信息，添加障碍物，发现传感器信息也随之变化。

四.编写激光雷达数据的c++节点

在ROS中，运用一个c++节点来获取激光雷达的数据。首先，了解激光雷达数据的消息类型(sensor_msgs)。

1.示例

运行机器人仿真环境：roslaunch wpr_simulation wpb_simple.launch

然后，运行rosrun wpr_simulation demo_lidar_data

得到对应的测距信息。

接下来，尝试自己编写程序实现该功能。

2.c++节点编写

与ROS机器人通过发布数据实现机器人的控制一样，ROS机器人有一个雷达数据话题/scan，连接数据获取节点，我们只需编写一个激光雷达节点，来订阅该话题/scan,便可获得对应的数据。

首先，创建功能包lidar_pkg(注意添加依赖项sensor_msgs)，创建节点lidar_node。

lidar_node的代码如下：

#include<ros/ros.h>

#include<sensor_msgs/LaserScan.h>

void lidarCallback(const sensor_msgs::LaserScan msg)

{

float fMidDist = msg.ranges[180];

ROS_INFO("前方测距 range[180] = %f米",fMidDist);

}

int main(int argc, char** argv)

{

//设置中文编码

setlocale(LC_ALL,"");

//初始化节点

ros::init(argc,argv,"lidar_node");

ros::NodeHandle nh;

ros::Subscriber lidar_sub = nh.subscribe("/scan",10,&lidarCallback);

ros::spin();

}

cmake文件如下：

add_executable(lidar_node src/lidar_node.cpp)
target_link_libraries(lidar_node
 ${catkin_LIBRARIES}
)

3.运行

roslaunch wpr_simulation wpb_simple.launch

rosrun lidar_pkg lidar_node

改变柜子的距离，测距发生变化