ROS Navigation -- base_local_planner

最新推荐文章于 2025-04-20 16:44:53 发布

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base_local_planner

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本文深入探讨了ROS导航堆栈中的base_local_planner模块，解析了其核心算法DWA和TrajectoryRollout的工作原理，介绍了如何通过采样控制空间、前向模拟和轨迹评估来生成速度命令，避免障碍并达到目标。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

ROS Navigation – base_local_planner概述

ROS Navigation – base_local_planner

使用算法：trajectory Rollout and Dynamic Window approaches。
输入：全局规划、costmap
输出：速度命令
适用对象：全向和非全向
机器人轮廓：凸多边形或者圆形

概述

Trajectory Rollout and Dynamic Window Approach (DWA)算法基本理念如下:
在这里插入图片描述

1、在机器人控制空间离散的采样(dx,dy,dtheta)
2、拿采样的离散点做前向模拟，基于机器人当前状态，预测如果使用空间采样点的速度运动一段时间，会发生什么
3、评估前向模拟的每条轨迹，评估标准包括（接近障碍，接近目标，接近全局路径和速度）。丢弃不合法的轨迹（如可能碰到障碍物的轨迹）
4、采用得分最高的轨迹，并将其对应速度发给底座
5、重复以上步骤

DWA和Trajectory Rollout区别：控制空间采样差异
Trajectory Rollout：前向模拟阶段所有速度集合
DWA：更小的采样空间。（效率更高，较为推荐）

1.1 map grip

每个控制周期，在机器人周围创建栅格地图（大小为局部成本地图大小，由move_base决定）。
为接近目标的轨迹评分时，考虑的目标为局部目标。

2震荡抑制

为了防止振荡，当机器人向任何方向移动时，对于下一个循环，相反方向被标记为无效，直到机器人从设置标志的位置移动超过一定距离。

3通用local planning

以下的类和接口遵照通用局部规划器工作原则允许进行不同实例化。以dwa_local_planner为模板加入自己的代价函数或者轨迹生成器，来创建客制化的局部规划器是可能的。

3.1 TrajectorySampleGenerator

该接口描述了一种可以生成很多轨迹发生器，每调用一次nextTrajectory()就会返回一个新的轨迹。利用trajectory rollout or the DWA的方法，SimpleTrajectoryGenerator类可以生成许多轨迹。

3.2 TrajectoryCostFunction

这个接口包含了最重要的函数scoreTrajectory(Trajectory &traj), 该函数输入轨迹后会输出轨迹评价分数。如果输出负分数意味着轨迹无效；如果输出正直，对于代价函数来说值越小越好。每个代价函数有一个比例因子，与其它代价函数比较时候，通过调节比例因子，代价函数影响可以被改变。base_local_planner包附带了一些在PR2上使用过的代价函数。

3.3 SimpleScoredSamplingPlanner

这是轨迹搜索的简单实现，采用TrajectorySampleGenerator和TrajectoryCostFunction列表。它将调用nextTrajectory（）直到生成器停止生成轨迹。对于每个轨迹，它将循环遍历成本函数列表，将其正值相加或在一个成本函数返回负值时中止评分。

使用成本函数的比例，结果是具有正成本函数结果的最佳加权和的轨迹。

3.5 Cost Functions

3.5.1 ObstacleCostFunction

基于感知到的障碍评估轨迹

3.5.2 MapGridCostFunction

基于与全局路径或者目标点的接近程度评价轨迹。

3.5.3 OscillationCostFunction

用以减小震荡

3.5.4 PreferForwardCostFunction

适用于类似PR2那种在机器人前方有很好传感器（如倾角雷达）布置的机器人。该代价函数鼓励前向运动，惩罚后向或者其它周围方向性运动。

4 TrajectoryPlannerROS

该接口继承了nav_core包的nav_core::BaseLocalPlanner接口。

4.1.1 发布的主题

~/global_plan (nav_msgs/Path)
表示的是局部规划器目前正在跟随的全局规划中的一部分，主要用于可视化。
~/local_plan (nav_msgs/Path)
表示的是上一个周期局部规划或者轨迹得分最高者，主要用于可视化。
~/cost_cloud (sensor_msgs/PointCloud2)
用于表示规划的代价珊格，也是用于可视化目的。参数publish_cost_grid_pc用来使能或者关闭该可视化。New in navigation 1.4.0

4.1.2 订阅的主题

odom (nav_msgs/Odometry)
该Odometry信息用于向局部规划器提供当前机器人的速度。这个里程消息中的速度信息被假定使用的坐标系与TrajectoryPlannerROS对象内代价地图的robot_base_frame参数指定的坐标系相同。有关该参数详细介绍请参照 costmap_2d 包。

5轨迹规划器

base_local_planner::TrajectoryPlanner实现了DWA and Trajectory Rollout算法。如果要在ROS中想使用base_local_planner::TrajectoryPlanner, 请使用进过封装的TrajectoryPlannerROS wrapper。