ROS探索总结（十五）——amcl（导航与定位）

最新推荐文章于 2025-04-16 14:43:19 发布

irobot_davinci

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分类专栏： ROS 文章标签： ROS

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在理解了move_base的基础上，我们开始机器人的定位与导航。gmaping包是用来生成地图的，需要使用实际的机器人获取激光或者深度数据，所以我们先在已有的地图上进行导航与定位的仿真。

amcl是移动机器人二维环境下的概率定位系统。它实现了自适应（或kld采样）的蒙特卡罗定位方法，其中针对已有的地图使用粒子滤波器跟踪一个机器人的姿态。

一、测试

首先运行机器人节点：

[plain]view plaincopy 
    
 roslaunch rbx1_bringup fake_turtlebot.launch  

然后运行amcl节点，使用测试地图：

[plain]view plaincopy 
    
 roslaunch rbx1_nav fake_amcl.launch map:=test_map.yaml  

可以看一下fake_amcl.launch这个文件的内容：

[plain]view plaincopy 
    
 <launch>  
   <!-- Set the name of the map yaml file: can be overridden on the command line. -->  
   <arg name="map" default="test_map.yaml" />  
   <!-- Run the map server with the desired map -->  
   <node name="map_server" pkg="map_server" type="map_server" args="$(find rbx1_nav)/maps/$(arg map)"/>  
   <!-- The move_base node -->  
   <include file="$(find rbx1_nav)/launch/fake_move_base.launch" />  
     
   <!-- Run fake localization compatible with AMCL output -->  
   <node pkg="fake_localization" type="fake_localization"  name="fake_localization" output="screen" />  
   <!-- For fake localization we need static transforms between /odom and /map and /map and /world -->  
   <node pkg="tf" type="static_transform_publisher" name="odom_map_broadcaster"   
 args="0 0 0 0 0 0 /odom /map 100" />  
 </launch>  

这个lanuch文件作用是加载地图，并且调用fake_move_base.launch文件打开move_base节点并加载配置文件，最后运行amcl。
然后运行rviz：

[plain]view plaincopy 
    
 rosrun rviz rviz -d `rospack find rbx1_nav`/nav_fuerte.vcg  

这时在rvoiz中就应该显示出了地图和机器人：

现在就可以通过rviz在地图上选择目标位置了，然后就会看到机器人自动规划出一条全局路径，并且导航前进：

二、自主导航

在实际应用中，我们往往希望机器人能够自主进行定位和导航，不需要认为的干预，这样才更智能化。在这一节的测试中，我们让目标点在地图中随机生成，然后机器人自动导航到达目标。
这里运行的主要文件是：fake_nav_test.launch，让我们来看一下这个文件的内容：

[plain] view plain copy

<launch>

  <param name="use_sim_time" value="false" />

  
  <include file="$(find rbx1_bringup)/launch/fake_turtlebot.launch" />

  
  <node name="map_server" pkg="map_server" type="map_server" args="$(find rbx1_nav)/maps/test_map.yaml"/>

  
  <node pkg="move_base" type="move_base" respawn="false" name="move_base" output="screen">
    <rosparam file="$(find rbx1_nav)/config/fake/costmap_common_params.yaml" command="load" ns="global_costmap" />
    <rosparam file="$(find rbx1_nav)/config/fake/costmap_common_params.yaml" command="load" ns="local_costmap" />
    <rosparam file="$(find rbx1_nav)/config/fake/local_costmap_params.yaml" command="load" />
    <rosparam file="$(find rbx1_nav)/config/fake/global_costmap_params.yaml" command="load" />
    <rosparam file="$(find rbx1_nav)/config/fake/base_local_planner_params.yaml" command="load" />
    <rosparam file="$(find rbx1_nav)/config/nav_test_params.yaml" command="load" />
  </node>

  
  <node pkg="fake_localization" type="fake_localization" name="fake_localization" output="screen" />

  
  <node pkg="tf" type="static_transform_publisher" name="map_odom_broadcaster" args="0 0 0 0 0 0 /map /odom 100" />

  
  <node pkg="rbx1_nav" type="nav_test.py" name="nav_test" output="screen">
    <param name="rest_time" value="1" />
    <param name="fake_test" value="true" />
  </node>

</launch>

  这个lanuch的功能比较多：
（1）加载机器人驱动
（2）加载地图
（3）启动move_base节点，并且加载配置文件
（4）运行amcl节点
（5）然后加载nav_test.py执行文件，进行随机导航
相当于是把我们之前实验中的多个lanuch文件合成了一个文件。
现在开始进行测试，先运行ROS：

[plain] view plain copy

roscore

然后我们运行一个监控的窗口，可以实时看到机器人发送的数据：

[plain]view plaincopy 
    
 rxconsole  

接着运行lanuch文件，并且在一个新的终端中打开rviz：

[plain]view plaincopy 
    
 roslaunch rbx1_nav fake_nav_test.launch  
 （打开新终端）  
 rosrun rviz rviz -d `rospack find rbx1_nav`/nav_test_fuerte.vcg  

好了，此时就看到了机器人已经放在地图当中了。然后我们点击rviz上的“2D Pose Estimate”按键，然后左键在机器人上单击，让绿色的箭头和黄色的箭头重合，机器人就开始随机选择目标导航了：

在监控窗口中，我们可以看到机器人发送的状态信息：

其中包括距离信息、状态信息、目标的编号、成功率和速度等信息。

三、导航代码分析

[plain]view plaincopy 
    
 #!/usr/bin/env python  
   
 import roslib; roslib.load_manifest('rbx1_nav')  
 import rospy  
 import actionlib  
 from actionlib_msgs.msg import *  
 from geometry_msgs.msg import Pose, PoseWithCovarianceStamped, Point, Quaternion, Twist  
 from move_base_msgs.msg import MoveBaseAction, MoveBaseGoal  
 from random import sample  
 from math import pow, sqrt  
   
 class NavTest():  
     def __init__(self):  
         rospy.init_node('nav_test', anonymous=True)  
           
         rospy.on_shutdown(self.shutdown)  
           
         # How long in seconds should the robot pause at each location?  
         # 在每个目标位置暂停的时间  
         self.rest_time = rospy.get_param("~rest_time", 10)  
           
         # Are we running in the fake simulator?  
         # 是否仿真？  
         self.fake_test = rospy.get_param("~fake_test", False)  
           
         # Goal state return values  
         # 到达目标的状态  
         goal_states = ['PENDING', 'ACTIVE', 'PREEMPTED',   
                        'SUCCEEDED', 'ABORTED', 'REJECTED',  
                        'PREEMPTING', 'RECALLING', 'RECALLED',  
                        'LOST']  
           
         # Set up the goal locations. Poses are defined in the map frame.    
         # An easy way to find the pose coordinates is to point-and-click  
         # Nav Goals in RViz when running in the simulator.  
         # Pose coordinates are then displayed in the terminal  
         # that was used to launch RViz.  
         # 设置目标点的位置  
         # 如果想要获得某一点的坐标，在rviz中点击 2D Nav Goal 按键，然后单机地图中一点  
         # 在终端中就会看到坐标信息  
         locations = dict()  
           
         locations['hall_foyer'] = Pose(Point(0.643, 4.720, 0.000), Quaternion(0.000, 0.000, 0.223, 0.975))  
         locations['hall_kitchen'] = Pose(Point(-1.994, 4.382, 0.000), Quaternion(0.000, 0.000, -0.670, 0.743))  
         locations['hall_bedroom'] = Pose(Point(-3.719, 4.401, 0.000), Quaternion(0.000, 0.000, 0.733, 0.680))  
         locations['living_room_1'] = Pose(Point(0.720, 2.229, 0.000), Quaternion(0.000, 0.000, 0.786, 0.618))  
         locations['living_room_2'] = Pose(Point(1.471, 1.007, 0.000), Quaternion(0.000, 0.000, 0.480, 0.877))  
         locations['dining_room_1'] = Pose(Point(-0.861, -0.019, 0.000), Quaternion(0.000, 0.000, 0.892, -0.451))  
           
         # Publisher to manually control the robot (e.g. to stop it)  
         # 发布控制机器人的消息  
         self.cmd_vel_pub = rospy.Publisher('cmd_vel', Twist)  
           
         # Subscribe to the move_base action server  
         # 订阅move_base服务器的消息  
         self.move_base = actionlib.SimpleActionClient("move_base", MoveBaseAction)  
           
         rospy.loginfo("Waiting for move_base action server...")  
           
         # Wait 60 seconds for the action server to become available  
         # 60s等待时间限制  
         self.move_base.wait_for_server(rospy.Duration(60))  
           
         rospy.loginfo("Connected to move base server")  
           
         # A variable to hold the initial pose of the robot to be set by   
         # the user in RViz  
         # 保存机器人的在rviz中的初始位置  
         initial_pose = PoseWithCovarianceStamped()  
           
         # Variables to keep track of success rate, running time,  
         # and distance traveled  
         # 保存成功率、运行时间、和距离的变量  
         n_locations = len(locations)  
         n_goals = 0  
         n_successes = 0  
         i = n_locations  
         distance_traveled = 0  
         start_time = rospy.Time.now()  
         running_time = 0  
         location = ""  
         last_location = ""  
           
         # Get the initial pose from the user  
         # 获取初始位置(仿真中可以不需要)  
         rospy.loginfo("*** Click the 2D Pose Estimate button in RViz to set the robot's initial pose...")  
         rospy.wait_for_message('initialpose', PoseWithCovarianceStamped)  
         self.last_location = Pose()  
         rospy.Subscriber('initialpose', PoseWithCovarianceStamped, self.update_initial_pose)  
           
         # Make sure we have the initial pose  
         # 确保有初始位置  
         while initial_pose.header.stamp == "":  
             rospy.sleep(1)  
               
         rospy.loginfo("Starting navigation test")  
           
         # Begin the main loop and run through a sequence of locations  
         # 开始主循环，随机导航  
         while not rospy.is_shutdown():  
             # If we've gone through the current sequence,  
             # start with a new random sequence  
             # 如果已经走完了所有点，再重新开始排序  
             if i == n_locations:  
                 i = 0  
                 sequence = sample(locations, n_locations)  
                 # Skip over first location if it is the same as  
                 # the last location  
                 # 如果最后一个点和第一个点相同，则跳过  
                 if sequence[0] == last_location:  
                     i = 1  
               
             # Get the next location in the current sequence  
             # 在当前的排序中获取下一个目标点  
             location = sequence[i]  
                           
             # Keep track of the distance traveled.  
             # Use updated initial pose if available.  
             # 跟踪形式距离  
             # 使用更新的初始位置  
             if initial_pose.header.stamp == "":  
                 distance = sqrt(pow(locations[location].position.x -   
                                     locations[last_location].position.x, 2) +  
                                 pow(locations[location].position.y -   
                                     locations[last_location].position.y, 2))  
             else:  
                 rospy.loginfo("Updating current pose.")  
                 distance = sqrt(pow(locations[location].position.x -   
                                     initial_pose.pose.pose.position.x, 2) +  
                                 pow(locations[location].position.y -   
                                     initial_pose.pose.pose.position.y, 2))  
                 initial_pose.header.stamp = ""  
               
             # Store the last location for distance calculations  
             # 存储上一次的位置，计算距离  
             last_location = location  
               
             # Increment the counters  
             # 计数器加1  
             i += 1  
             n_goals += 1  
           
             # Set up the next goal location  
             # 设定下一个目标点  
             self.goal = MoveBaseGoal()  
             self.goal.target_pose.pose = locations[location]  
             self.goal.target_pose.header.frame_id = 'map'  
             self.goal.target_pose.header.stamp = rospy.Time.now()  
               
             # Let the user know where the robot is going next  
             # 让用户知道下一个位置  
             rospy.loginfo("Going to: " + str(location))  
               
             # Start the robot toward the next location  
             # 向下一个位置进发  
             self.move_base.send_goal(self.goal)  
               
             # Allow 5 minutes to get there  
             # 五分钟时间限制  
             finished_within_time = self.move_base.wait_for_result(rospy.Duration(300))   
               
             # Check for success or failure  
             # 查看是否成功到达  
             if not finished_within_time:  
                 self.move_base.cancel_goal()  
                 rospy.loginfo("Timed out achieving goal")  
             else:  
                 state = self.move_base.get_state()  
                 if state == GoalStatus.SUCCEEDED:  
                     rospy.loginfo("Goal succeeded!")  
                     n_successes += 1  
                     distance_traveled += distance  
                     rospy.loginfo("State:" + str(state))  
                 else:  
                   rospy.loginfo("Goal failed with error code: " + str(goal_states[state]))  
               
             # How long have we been running?  
             # 运行所用时间  
             running_time = rospy.Time.now() - start_time  
             running_time = running_time.secs / 60.0  
               
             # Print a summary success/failure, distance traveled and time elapsed  
             # 输出本次导航的所有信息  
             rospy.loginfo("Success so far: " + str(n_successes) + "/" +   
                           str(n_goals) + " = " +   
                           str(100 * n_successes/n_goals) + "%")  
             rospy.loginfo("Running time: " + str(trunc(running_time, 1)) +   
                           " min Distance: " + str(trunc(distance_traveled, 1)) + " m")  
             rospy.sleep(self.rest_time)  
               
     def update_initial_pose(self, initial_pose):  
         self.initial_pose = initial_pose  
   
     def shutdown(self):  
         rospy.loginfo("Stopping the robot...")  
         self.move_base.cancel_goal()  
         rospy.sleep(2)  
         self.cmd_vel_pub.publish(Twist())  
         rospy.sleep(1)  
         
 def trunc(f, n):  
     # Truncates/pads a float f to n decimal places without rounding  
     slen = len('%.*f' % (n, f))  
     return float(str(f)[:slen])  
   
 if __name__ == '__main__':  
     try:  
         NavTest()  
         rospy.spin()  
     except rospy.ROSInterruptException:  
         rospy.loginfo("AMCL navigation test finished.")  