robot_pose_ekf包的使用

 

robot_pose_ekf

robot_pose_ekf实现了用于确定机器人姿势的扩展卡尔曼滤波。

配置

freq:滤波的频率,不会改变准确度

sensor_timeout:传感器停止向滤波器发送信息之后,等待多久接收下一个传感器的信息

odom_used, imu_used, vo_used: 确认是否输入

<launch>
  <node pkg="robot_pose_ekf" type="robot_pose_ekf" name="robot_pose_ekf">
    <param name="output_frame" value="odom"/>
    <param name="freq" value="30.0"/>
    <param name="sensor_timeout" value="1.0"/>
    <param name="odom_used" value="true"/>
    <param name="imu_used" value="true"/>
    <param name="vo_used" value="true"/>
    <param name="debug" value="false"/>
    <param name="self_diagnose" value="false"/>
  </node>
 </launch>

订阅主题

odom (nav_msgs/Odometry)

  • 2D姿势(由车轮测距法使用):2D姿势包含机器人在地平面中的位置和方向以及此姿势的协方差。发送此2D姿势的消息实际上代表3D姿势,但是简单地忽略z,roll和pitch。

imu_data(sensor_msgs / Imu

  • 3D方向(由IMU使用):3D方向提供关于机器人基础框架相对于世界参考框架的滚动,俯仰和偏转角度的信息。Roll和Pitch角度被解释为绝对角度(因为IMU传感器具有重力参考),并且偏航角度被解释为相对角度。协方差矩阵指定方向测量的不确定性。当机器人姿势ekf仅收到关于该主题的消息时,它将不会启动; 它还期望有关'vo'或'odom'主题的消息。

vo(nav_msgs / Odometry

  • 3D姿态(由视觉测距使用):3D姿势表示机器人的完整位置和方向以及此姿势的协方差。当传感器仅测量3D姿势的一部分时(例如,车轮测距法仅测量2D姿势),只需在3D姿势的未实际测量的部分上指定大的协方差。

发布主题

robot_pose_ekf / odom_combined(geometry_msgs / PoseWithCovarianceStamped

EKF工作原理

1.位姿说明

所有发送信息到滤波器节点的传感器源都有自己的世界参考坐标系,并且这些坐标系可以随着时间任意的漂移。因此,由不同传感器发送的绝对坐标系不能相互比较。节点使用每个传感器的相对位姿差异更新扩展卡尔曼滤波器。

2.协方差说明

因为机器人绕圈移动,其在世界坐标系下的位姿的不确定性不断的变得越来越大。随着时间推移,协方差会无界增长。因此在自身位姿发布协方差没有用,代替方法是传感器源发布协方差随着时间的变化情况,也就是,速度上的协方差。注意使用世界的观测将会减少机器人位姿的不确定性;然而这是定位而不是里程计。

3.定时

想象一下,机器人姿势过滤器最后一次更新时间为t_0。节点将不会更新机器人姿势过滤器,直到每个传感器的至少一次测量到达时间戳晚于t_0。当收到在例如消息奥多姆与时间戳T -1> T_0话题,并在imu_data时间戳话题T_2> T_1> T_0,过滤器现在将更新到其所有传感器的信息是可用的,在这种情况下,最晚时间到时间t_1。直接给出t_1处的odom姿势,并且通过t_0和t_2之间的imu姿势的线性插值获得t_1处的imu姿势。机器人姿势过滤器使用odom和imu的相对姿势在t_0和t_1之间更新。

robot_pose_ekf.png

上图显示了当PR2机器人从给定的初始位置(绿点)开始,被驱动并返回到初始位置时的实验结果。一个完美的odometry xy图应该显示一个精确的循环闭合。蓝线显示车轮里程表的输入,蓝点表示估计的终点位置。红线显示robot_pose_ekf的输出,其结合了车轮里程计和imu的信息,红点表示估计的结束位置。

 

 

 

 

 

 

### 回答1: robot_pose_ekf 是一个用于在 ROS 系统中实现机器人姿态融合的使用方法如下: 1. 安装该:在终端中输入 `sudo apt-get install ros-<distro>-robot-pose-ekf`(其中 distro 是你当前使用的 ROS 发行版)。 2. 在 launch 文件中启动该:在 launch 文件中添加以下内容: ``` <launch> <!-- Load the robot_pose_ekf node --> <node pkg="robot_pose_ekf" type="robot_pose_ekf" name="robot_pose_ekf"> <!-- Subscribe to the imu and odometry topics --> <param name="sensor_timeout" value="0.1"/> <param name="odom_used" value="true"/> <param name="base_footprint_frame" value="base_footprint"/> <param name="odom_frame" value="odom"/> <param name="base_link_frame" value="base_link"/> <param name="world_frame" value="world"/> <param name="frequency" value="30.0"/> <param name="imu_topic" value="/imu/data"/> <param name="odom_topic" value="/odom"/> </node> </launch> ``` 请确保 launch 文件中的参数名称、值、话题名称等都与你的系统一致。 3. 启动 launch 文件:在终端中输入 `roslaunch <package_name> <launch_file_name>.launch`。 以上是 robot_pose_ekf 的基本使用方法。如果需要更详细的信息,请参考的官方文档。 ### 回答2: robot_pose_ekf是一个用于通过多个传感器融合数据来估计机器人姿态的ROS软件。这个软件有多种用途,括用于SLAM、地图构建、虚拟现实和机器人控制等领域。 在使用robot_pose_ekf之前,我们需要了解几个概念。机器人姿态一般可以分为三个参数:位置、旋转和速度。位置和旋转可以用欧拉角或四元数来表示,而速度可以用线速度和角速度表示。robot_pose_ekf通过融合多个传感器的数据来估计机器人的姿态。 接下来,我们介绍一下robot_pose_ekf使用方法: 1. 安装软件 在终端中输入以下命令,即可安装robot_pose_ekf: ``` sudo apt-get install ros-kinetic-robot-pose-ekf ``` 2. 运行软件 在终端中输入以下命令,即可使用robot_pose_ekf: ``` roslaunch robot_pose_ekf robot_pose_ekf.launch ``` 运行该命令时,需要先启动机器人的传感器(如IMU、激光雷达等),以便robot_pose_ekf可以读取传感器数据并进行融合。 3. 参数配置 我们可以通过修改robot_pose_ekf的参数来优化机器人姿态的估计。打开配置文件: ``` roscd robot_pose_ekf gedit launch/ekf_template.yaml ``` 在打开的文件中,我们可以修改一些参数,例如: - 使用哪些传感器数据进行融合; - 将不同传感器的数据转换到哪个坐标系下; - 不同传感器数据之间的协方差矩阵。 4. 查看估计结果 使用robot_pose_ekf进行机器人姿态估计后,我们可以通过rviz等可视化软件来查看机器人的估计位置和姿态。在rviz配置中,我们需要添加如下三个topic: - /robot_ekf/odom_combined - /tf - /imu/data 其中,/robot_ekf/odom_combined表示机器人的位姿估计结果,/tf表示坐标系之间的转换关系,/imu/data表示IMU传感器读取的数据。 通过对robot_pose_ekf使用,我们可以获得比单一传感器更准确的机器人姿态估计结果,从而可以提高机器人导航、SLAM等应用的精度。 ### 回答3: Robot_pose_ekf是ROS系统中的一个,主要用于进行多传感器融合的机器人姿态估计。其可以通过对机器人的IMU、里程计和激光雷达等传感器数据进行融合,提高机器人姿态估计的准确性和稳定性。 在使用robot_pose_ekf之前,需要先安装该。可以通过在终端中输入以下命令进行安装: ``` sudo apt-get install ros-*robot_pose_ekf* ``` 安装完成后,可以在ROS的程序路径中找到robot_pose_ekf。 接下来,需要对机器人的IMU、里程计和激光雷达等传感器数据进行配置。这些传感器数据需要分别发布到ROS系统中的不同主题下。例如,IMU数据可以通过主题“/imu/data”发布,里程计数据可以通过主题“/odom”发布,激光雷达数据可以通过主题“/scan”发布。 在启动robot_pose_ekf前,还需要进行一些配置。可以通过修改robot_pose_ekf中的配置文件“robot_pose_ekf.yaml”来进行配置。其中,需要设置输入传感器数据的主题名称、协方差矩阵参数、融合参数等。 最后,可以通过在终端中输入以下命令来启动robot_pose_ekf: ``` roslaunch robot_pose_ekf robot_pose_ekf.launch ``` 启动后,该将会通过对多个传感器数据进行融合,估计机器人的姿态信息,并将结果通过主题“/odom”发布出来。 总之,通过robot_pose_ekf使用,可以提高机器人姿态估计的准确性和稳定性,对于机器人自主导航等应用有很大的帮助作用。
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