Google Cartographer ROS API 完全指南

Google Cartographer ROS API 完全指南

【免费下载链接】cartographer_ros 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/car/cartographer_ros

概述

Google Cartographer 是一个开源的实时同步定位与地图构建(SLAM)系统，而 cartographer_ros 是其 ROS 接口实现。本文将深入解析 cartographer_ros 提供的 ROS API，帮助开发者全面理解其功能和使用方法。

核心节点解析

cartographer_node - 在线SLAM节点

作为 cartographer_ros 的核心组件，cartographer_node 负责实时SLAM处理，支持2D和3D环境下的地图构建。

命令行参数

启动节点时可通过 --help 参数查看所有可用选项，这些参数主要用于调试和性能调优。

订阅主题

节点支持多种传感器数据输入，以下是主要的数据源：

1. 激光扫描数据

   • scan (sensor_msgs/LaserScan)：支持2D和3D环境，适用于平面激光扫描仪
   • echoes (sensor_msgs/MultiEchoLaserScan)：支持多回波激光数据，但仅使用第一回波
   • points2 (sensor_msgs/PointCloud2)：点云数据输入

2. 辅助传感器数据

   • imu (sensor_msgs/Imu)：在2D中可选，3D中必需
   • odom (nav_msgs/Odometry)：里程计数据，在配置中启用后使用

发布主题

1. scan_matched_points2：显示用于子图匹配的点云数据
2. submap_list：发布所有子图的列表及其位姿信息
3. tracked_pose：当配置启用时，发布跟踪帧相对于地图帧的位姿

服务接口

cartographer_node 提供丰富的服务接口用于SLAM过程控制：

1. submap_query：查询指定子图数据
2. start_trajectory：启动新轨迹，可指定初始位姿
3. trajectory_query：查询轨迹数据
4. finish_trajectory：结束指定轨迹并进行最终优化
5. write_state：将当前状态写入磁盘
6. get_trajectory_states：获取所有轨迹状态
7. read_metrics：读取内部性能指标(需启用收集标志)

TF变换

1. 必需变换：所有传感器数据帧到配置的 tracking_frame 和 published_frame 的变换
2. 提供变换：
   • map_frame 到 published_frame 的变换(默认提供)
   • 当配置启用时，提供 odom_frame 到 published_frame 的连续变换

offline_node - 离线处理节点

offline_node 专为处理预录制的传感器数据包(bag文件)优化，特点包括：

1. 直接从bag文件读取TF和传感器数据
2. 自动发布时钟信号，替代 rosbag play
3. 每个bag文件作为独立轨迹处理
4. 处理完成后自动保存状态并退出

新增发布主题：

• ~bagfile_progress：显示bag文件处理进度

参数：

• ~bagfile_progress_pub_interval：进度发布间隔(秒)，默认10.0

occupancy_grid_node - 占据栅格地图节点

此节点将子图转换为ROS标准的占据栅格地图，主要特点：

1. 从子图构建完整地图
2. 地图更新较慢(秒级)
3. 可选择包含/排除冻结或活动轨迹的子图

订阅主题：仅需 submap_list 发布主题：map (nav_msgs/OccupancyGrid)

pbstream_map_publisher - 静态地图发布节点

此节点从序列化的Cartographer状态(pbstream格式)生成静态占据栅格地图，特点：

1. 高效生成完整地图
2. 不支持实时更新
3. 发布的地图主题是锁存的(latched)

最佳实践建议

1. 实时应用：优先使用 cartographer_node 的子图接口而非完整地图，以获得更好性能
2. 数据处理：对于大量数据，使用 offline_node 效率更高
3. 地图发布：不需要实时更新时，使用 pbstream_map_publisher 更高效
4. 传感器配置：确保所有传感器到 tracking_frame 的TF变换正确发布
5. 调试技巧：利用 read_metrics 服务监控系统性能

常见问题解答

Q: 为什么我的地图更新很慢？ A: 完整地图生成计算量大，建议直接使用子图接口或改用 pbstream_map_publisher

Q: 如何处理多个激光雷达数据？ A: 在配置中设置 num_laser_scans 参数，并使用 scan_1, scan_2 等命名主题

Q: 3D SLAM需要哪些传感器？ A: 必须提供IMU数据，建议同时提供里程计数据提高精度

通过本文的详细解析，开发者应能全面掌握 cartographer_ros 的ROS接口，在实际项目中灵活应用各种节点和服务，构建高效的SLAM系统。

【免费下载链接】cartographer_ros 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/car/cartographer_ros