ROS2、slam_toolbox、Navigation2、Gazebo（转）

参考文献：

• wiki.ros.org/slam_toolbox
• github.com/SteveMacenski/slam_toolbox
• ros-planning.github.io/navigation2/

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Slam Toolbox软件包基于LaserScan消息的形式组合来自激光测距仪的信息，并从odom-> base链接中进行了TF转换，从而创建了空间的二维地图。该软件包将允许完全序列化重新加载的SLAM地图的数据和姿态图，用于持续建图、定位，合并或进行其他操作。允许SLAM Toolbox在同步（即，处理所有有效的传感器测量，无论是否滞后）和异步（即，在可能的情况下处理有效的传感器测量）模式下运行。

ROS取代了ggapping、cartographer、karto、hector等功能，具有功能完备的SLAM，该功能建立在Karto核心的强大扫描匹配器上，已被大量使用并加速用于此软件包。还介绍了一个基于Google Ceres的新优化插件。还介绍了一种称为“弹性姿态图定位”"elastic pose-graph localization" 的新定位方法，该方法采用测量的滑动窗口并将其添加到图形中以进行优化和细化。这允许跟踪环境中已更改的局部要素，而不是将其视为偏差，并且当离开某个区域而不影响长期地图时，会删除这些多余的节点。

它是在大型动态室内环境中应对GMapping、Karto、Cartographer和AMCL的地图绘制和定位质量不足而创建的，尽管它也已在人行道机器人上进行了测试和部署。

其中包含一个RVIZ插件，可通过ROS主题和服务与SLAM Toolbox进行交互。虽然它是作为调试工具提供的，但对于生产而言，建议使用它包装自己的操作界面。允许通过RVIZ插件进行手动姿势图操作，该插件非常适合小型地图。在较大的地图中，交互式标记将使RVIZ过载，因此它在较小的地图中作为调试工具或用于自省时最有用。在交互式姿势图操作模式下，可以移动和旋转图中的节点，同时显示该节点的激光扫描图，以使其与闭环或匹配更好地对齐，然后在图形姿势的该部分上重新运行优化器。旋转地图以使其轴向对齐也非常有用。

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概述

Navigation 2项目是ROS Navigation Stack的新一代版本（适用ROS2）。该项目寻求找到一种安全的方法，使移动机器人从A点移动到B点。这将完成动态路径规划，计算电动机的速度，避免障碍物和结构恢复行为。要了解有关该项目的更多信息，请参阅关于和联系。

导航2使用行为树来调用模块化服务器以完成操作。动作可以是计算路径，控制工作量，恢复或任何其他与导航相关的动作。这些都是在ROS动作服务器上与行为树（BT）进行通信的单独节点。下图将很好地了解Navigation 2的结构。注意：可以在每个服务器中为控制器，计划者和恢复提供多个插件，并带有匹配的BT插件。这可用于创建上下文导航行为。如果想查看该项目与ROS（1）导航之间的比较，请参阅ROS与ROS2导航。

Navigation2（Nav2）的预期输入是符合REP-105的TF转换，使用静态Costmap图层的地图源，BT XML文件以及任何相关的传感器数据源。然后它将为完整或非完整机器人的电动机提供有效的速度命令。我们目前支持完整的和差速驱动的基座类型，但计划在不久的将来也支持Ackermann（类似汽车的）机器人。

它具有以下工具：

• 加载、服务和存储地图（地图服务器）
• 在地图上定位机器人（AMCL）
• 规划障碍物从A到B的路径（Nav2 Planner）
• 沿路径控制机器人（Nav2控制器）
• 将传感器数据转换为世界的成本图表示（Nav2 Costmap 2D）
• 使用行为树（Nav2行为树和BT Navigator）构建复杂的机器人行为
• 计算故障情况下的恢复行为（Nav2恢复）
• 跟随顺序的航点（Nav2航点跟随者）
• 管理服务器的生命周期（Nav2 Lifecycle Manager）
• 用于启用您自己的自定义算法和行为的插件（Nav2 Core）

同时还提供了一组启动插件来帮助入门。NavFn使用A *或Dijkstra的算法计算从姿势到目标姿势的最短路径。DWB将使用DWA算法来计算遵循路径的控制效果，并为轨迹选择提供了多个插件。包括以下恢复行为：等待，旋转，清除成本图和备份。有一组BT插件可用于调用这些服务器和计算条件。最后，有一组Rviz插件，用于与堆栈交互并控制生命周期。可以在导航插件上找到所有用户报告的插件的列表。

Navigation2教程

• 使用实际或仿真Turtlebot 3导航
• （SLAM）建图时导航
• （STVL）使用外部Costmap插件
• 编写一个新的Costmap2D插件

介绍

与Gazebo接口的ROS 2软件包集包含在名为的元软件包中gazebo_ros_pkgs。请参阅 ROS 2概述 以获取背景信息，然后继续此处。

这些软件包支持ROS 2 Dashing和Gazebo 9，可以从debian软件包或从源代码安装。

预备条件

应该了解ROS 2的基本概念，并已阅读一些 ROS 2教程。

安装ROS 2

ROS2可以通过二进制安装或源安装来安装，请参阅ROS 2安装页面。当前稳定的分布是Dashing。

提示：不要忘记按照ROS安装页面上的说明来获取源脚本。确切的命令将根据安装方法而有所不同。更新setup.bash。

安装Gazebo

可以从源代码或从预构建软件包中安装Gazebo。请参阅 安装Gazebo。

应该安装Gazebo9。如果从源安装，请确保构建 gazebo9分支。

提示：如果在查找插件和其他资源时遇到困难，则可能需要获取Gazebo的安装文件。例如：。source /usr/share/gazebo/setup.sh

安装gazebo_ros_pkgs

按照从debian软件包安装的说明或从源代码安装的说明进行操作。

从debian软件包安装（在Ubuntu上）

假设已经安装了一些dashing debian软件包，请gazebo_ros_pkgs按照以下步骤安装 ：

sudo apt install ros-dashing-gazebo-ros-pkgs

从源代码安装（在Ubuntu上）

如果是一位积极的开发人员，致力于为代码库做贡献，那么建议安装源代码，因为它提供了对工作流程的更多访问和控制。

提示：这些说明要求使用 colcon构建工具，这是ROS 2中使用的标准工具。

需要gazebo_ros_pkgs根据使用的ROS 2版本选择的分支。当前支持的分支是：

• dashing：ros2.repos一起使用。
• ros2：指向下一个未发行的ROS 2乌龟，当前为达世币。它与主 ros2.repos一起使用。

以下设置假定使用ros2分支安装gazebo_ros_pkgs。

1. 确保git已在Ubuntu计算机上安装：

   sudo apt install git

2. 为colcon工作区创建一个目录并移至其中：

   mkdir -p ~/ws/src

3. 复制 此文件，该文件将获取gazebo_ros_pkgs和需要的其他软件包：

   cd ~/ws
   wget https://bitbucket.org/api/2.0/snippets/chapulina/geRKyA/f02dcd15c2c3b83b2d6aac00afe281162800da74/files/ros2.yaml

   注意：version yaml文件中的标记表示我们正在检出特定存储库 的分支，例如 版本：ros2检出该ros2分支。

4. 将软件包放入src目录

   cd ~/ws
   vcs import src < ros2.yaml

5. 安装所有依赖项：

   cd ~/ws
   rosdep install --from-paths src --ignore-src -r -y

6. 然后构建所有软件包：

   cd ~/ws
   colcon build --symlink-install

   注意：在构建此版本之前，请确保ROS 2环境的来源正确。

7. 如果在构建时遇到任何问题，请务必在answer.gazebosim.org上寻求帮助 。

8. 确保为打开的每个新终端提供此工作空间的安装设置：

   source ~/ws/install/setup.bash

   提示：可以通过运行一次此命令，为每个新终端自动获取此消息：echo "source ~/ws/install/setup.bash" >> ~/.bashrc

测试Gazebo和ROS 2集成

假设已经正确设置并构建了ROS 2和Gazebo环境，您现在应该能够加载包含ROS 2插件的Gazebo世界，并在运行时插入其中包含ROS 2插件的模型。

Gazebo ROS软件包为您提供了多个演示世界，以使您快速入门这些插件。演示世界可以在这里找到 ，并且默认情况下安装在 。/opt/ros/<distro>/share/gazebo_plugins/worlds/

每个世界文件的顶部都有说明，并提供了一些示例命令，可以运行这些命令来测试其功能，请务必检查一下！

让我们现在尝试加载其中之一！

1. 打开一个新终端

2. 按照安装ROS 2的说明输入ROS 2。

3. 确保已安装一些核心工具：

   sudo apt install ros-dashing-ros-core ros-dashing-geometry2

4. 如果gazebo_ros_pkgs从源安装，请从工作空间获取源：

   . ~/ws/install/setup.bash

5. 用Gazebo加载差分驱动世界：

   gazebo --verbose /opt/ros/crystal/share/gazebo_plugins/worlds/gazebo_ros_diff_drive_demo.world

6. Gazebo的GUI应该与一个简单的工具一起出现：

    

7. 在新的终端（这是第二个终端）上，运行以下命令以查看world文件。

   gedit /opt/ros/crystal/share/gazebo_plugins/worlds/gazebo_ros_diff_drive_demo.world

8. 看看顶部的代码块有一些示例命令吗？让我们打开第三个终端，再次gazebo_ros_pkgs如上所述，获取ROS 2的源。

9. 然后运行以下命令之一，例如：

   ros2 topic pub /demo/cmd_demo geometry_msgs/Twist '{linear: {x: 1.0}}' -1

10. 会看到车辆向前行驶：

     

11. 试用文件上列出的其他命令，并尝试修改它们的值以了解事物的工作方式。还可以尝试其他演示世界！

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