ROS2--从零开始搭建小车仿真

系列文章目录

第一章 绪论



说明

本人从事机器人相关工作已经有4、5年了,目前也有一定的知识积累,对ROS1和ROS2有一定的了解,但主要学习的是ROS1。目前ROS2系统也越来越稳定,使用的也越来越多,但是目前网上关于ROS2的信息存在几个问题,第一资料比较少,第二资料碎片化,第三资料深度也一言难尽,如果遇到问题很难找到相关资料,只能去官网查看英文文档,对于英文不太好的我来说实在太痛苦了,或者在一些交流群里发问,祈求哪个大佬能回答下,但是更多时候是无人问津,看到一些女生提问还是有人会回复,对于咱这种完全就看大佬心情了。本人在学习的时候走了很多弯路,因此,想要写一些关于ROS2的一些开发经验,丰富网上的资源,让初学者少走一些弯路,同时自己也可以复习以及加深对ROS2的理解,如果文章有不对的地方请广大网友批评指正。本系列文章都采用专题的模式向广大网友发布,并且不需要关注,不需要订阅,免费阅览,如果感觉对您有帮助并且感谢本人,想要请本人喝被奶茶或者咖啡,本人非常感谢,并且增加本人坚持完成本系列文章的信心和动力。后续如有需要,本人将开发源代码发布出来。


一、本系列文章安排

本系列文章将从以下几个方面慢慢深入介绍ROS2:

  1. 开发环境;
  2. ROS2的安装;
  3. 常用工具的安装和使用;
  4. 仿真世界和仿真小车的搭建;
  5. 整体运行仿真小车;
  6. 导航相关功能包介绍;

二、开发系统环境

系统:ubuntu24.04
内核版本:6.8.0-48-generic
clion版本:2024.2
ROS2版本:jazzy

<think>好的,我现在需要帮助用户在ROS2中实现小车使用雷达进行避障的功能。首先,我得回想一下ROS2的基本架构和相关的包。用户提到的是雷达避障,所以可能需要用到雷达传感器(比如LIDAR)的数据,处理这些数据来检测障碍物,并生成控制指令让小车避开。 首先,用户可能需要安装ROS2的相关包。我记得在ROS2中,常用的导航和避障功能可以通过Nav2堆栈来实现。Nav2包含了代价地图、全局和局部规划器等功能,而避障通常是在局部规划器中处理的。不过用户提到的是雷达,可能需要配置雷达驱动,比如rplidar的ROS2驱动,或者使用Gazebo中的雷达模拟。 接下来,步骤应该是设置雷达驱动,获取点云数据。然后需要将这些数据转换成适合避障处理的形式。比如,使用激光扫描数据来构建代价地图,检测障碍物。可能还需要用到TF变换,确保雷达的位置正确标定在小车的坐标系中。 然后,避障算法部分。Nav2中的Teb Local Planner或者DWA算法可以用于局部路径规划,动态避开障碍物。用户需要配置这些规划器的参数,比如最大速度、加速度,以及障碍物的权重参数。比如在Teb规划器中,调整障碍物的权重参数会影响避障的积极程度。 另外,用户可能需要配置机器人的footprint模型,这个在引用5中提到过,优化用的footprint模型需要正确设置,以确保避障时的碰撞检测准确。同时,根据引用1中的参数,比如max_vel_y和acc_lim_y,如果是非全向移动的小车,可能需要将max_vel_y设为0,避免横向移动。 然后,用户可能需要编写一个节点,订阅雷达的扫描数据,处理之后发布速度指令到小车的驱动节点。或者直接使用Nav2的规划器来生成速度指令。这取决于用户的具体实现方式。 可能的步骤包括: 1. 安装雷达驱动和Nav2包。 2. 配置雷达的launch文件,发布正确的传感器数据。 3. 设置TF变换,确保雷达坐标系正确关联到机器人基座。 4. 配置Nav2的参数文件,尤其是局部规划器的参数,调整避障相关设置。 5. 测试并调整参数,确保小车能正确检测障碍物并避开。 用户可能需要参考ROS2的官方教程,比如Nav2的文档,或者查找现有的雷达避障示例。例如,使用SLAM Toolbox进行建图,同时结合Nav2进行导航和避障。 另外,引用3中提到的视觉SLAM相关的内容,但用户使用的是雷达,可能不需要视觉部分,但点云处理的方法可能有类似之处。比如处理雷达数据生成障碍物地图。 在代码部分,可能需要写一个简单的订阅者来获取激光数据,然后根据最近的障碍物距离调整小车的转向。比如,如果左侧有障碍物,就向右转。但更复杂的避障可能需要集成到Nav2的规划器中。 最后,用户需要测试整个系统,可能需要使用Gazebo仿真来验证避障行为,再部署到实际小车。调试过程中需要关注雷达数据的准确性,坐标变换的正确性,以及规划器参数的影响。</think>在ROS2中实现雷达避障需要结合传感器数据处理与运动规划算法。以下是分步实现指南: ### 一、系统架构搭建 1. **安装必要软件包**: ```bash sudo apt install ros-${ROS_DISTRO}-navigation2 ros-${ROS_DISTRO}-nav2-bringup sudo apt install ros-${ROS_DISTRO}-rplidar-ros # 示例雷达驱动 ``` 2. **创建功能包**: ```bash ros2 pkg create radar_obstacle_avoidance --build-type ament_cmake ``` ### 二、雷达数据处理 1. **配置雷达驱动**: ```xml <launch> <node name="rplidar_node" pkg="rplidar_ros" exec="rplidar_node"> <param name="serial_port" value="/dev/ttyUSB0"/> <param name="frame_id" value="laser"/> </node> </launch> ``` 2. **坐标变换配置**: ```python # 在URDF中定义雷达坐标系 <link name="laser_link"> <visual> <geometry><box size="0.05 0.05 0.05"/></geometry> </visual> </link> <joint name="laser_joint" type="fixed"> <parent link="base_link"/> <child link="laser_link"/> <origin xyz="0.2 0 0.15"/> </joint> ``` ### 三、避障算法实现 1. **Nav2配置参数**: ```yaml local_costmap: plugins: ["voxel_layer", "inflation_layer"] obstacle_layer: observation_sources: scan scan: {data_type: LaserScan, topic: /scan} controller_server: plugin: "nav2_controller/ControllerServer" desired_linear_vel: 0.5 max_angular_vel: 1.0 ``` 2. **避障行为逻辑**(Python示例): ```python class ObstacleAvoidance(Node): def __init__(self): super().__init__('radar_avoidance') self.subscription = self.create_subscription( LaserScan, '/scan', self.scan_callback, 10) self.cmd_pub = self.create_publisher(Twist, '/cmd_vel', 10) def scan_callback(self, msg): front_scan = min(msg.ranges[0:30]+msg.ranges[-30:]) twist = Twist() if front_scan < 0.5: # 0.5米安全距离 twist.angular.z = 0.5 # 右转避让 else: twist.linear.x = 0.3 self.cmd_pub.publish(twist) ``` ### 四、参数优化要点 1. **运动学参数调整**(引用[1]): ```yaml TebLocalPlannerROS: max_vel_x: 0.6 # 最大前进速度 max_vel_theta: 1.0 # 最大旋转速度 weight_kinematics_nh: 0.2 # 非完整运动约束权重 ``` 2. **代价地图配置**(引用[5]): ```yaml obstacle_layer: inflation_radius: 0.3 cost_scaling_factor: 5.0 footprint_padding: 0.1 ```
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