如何在ROS中使用slam_gmapping进行SLAM建图

在 ROS 中使用 slam_gmapping 进行 SLAM 建图，需要按照以下步骤操作：

1. 安装相关包

首先确保已安装 ROS 和 gmapping 包：

sudo apt-get install ros-$ROS_DISTRO-gmapping

将$ROS_DISTRO替换为你的 ROS 版本（如melodic或noetic）。

2. 准备机器人配置文件

创建或编辑机器人的 URDF/XACRO 文件，确保已正确配置：

• 激光雷达传感器：需发布/scan话题（类型为sensor_msgs/LaserScan）
• 里程计：需发布/odom话题（类型为nav_msgs/Odometry）或/tf变换
• 机器人基座坐标系：通常为base_link或base_footprint

3. 编写启动文件

创建一个 launch 文件（如gmapping.launch），配置并启动 slam_gmapping：

<launch>
  <!-- 启动gmapping节点 -->
  <node pkg="gmapping" type="slam_gmapping" name="slam_gmapping" output="screen">
    <!-- 配置参数 -->
    <param name="odom_frame" value="odom"/>
    <param name="base_frame" value="base_link"/>
    <param name="map_frame" value="map"/>
    
    <!-- 激光雷达参数 -->
    <param name="scan_topic" value="scan"/>
    <param name="minimumScore" value="500"/>
    <param name="linearUpdate" value="0.2"/>
    <param name="angularUpdate" value="0.2"/>
    <param name="temporalUpdate" value="-1.0"/>
    
    <!-- 地图参数 -->
    <param name="map_update_interval" value="5.0"/>
    <param name="sigma" value="0.05"/>
    <param name="kernelSize" value="1"/>
    <param name="lstep" value="0.05"/>
    <param name="astep" value="0.05"/>
    <param name="iterations" value="5"/>
    <param name="lsigma" value="0.075"/>
    <param name="ogain" value="3.0"/>
    <param name="lskip" value="0"/>
    <param name="srr" value="0.1"/>
    <param name="srt" value="0.2"/>
    <param name="str" value="0.1"/>
    <param name="stt" value="0.2"/>
    <param name="linearUpdate" value="0.5"/>
    <param name="angularUpdate" value="0.436"/>
    <param name="resampleThreshold" value="0.5"/>
    <param name="particles" value="30"/>
    <param name="xmin" value="-50.0"/>
    <param name="ymin" value="-50.0"/>
    <param name="xmax" value="50.0"/>
    <param name="ymax" value="50.0"/>
    <param name="delta" value="0.05"/>
    <param name="llsamplerange" value="0.01"/>
    <param name="llsamplestep" value="0.01"/>
    <param name="lasamplerange" value="0.005"/>
    <param name="lasamplestep" value="0.005"/>
  </node>
  
  <!-- 启动rviz可视化 -->
  <node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz" args="-d $(find YOUR_PACKAGE)/rviz/gmapping.rviz"/>
</launch>

4. 创建 Rviz 配置文件

在rviz/gmapping.rviz中添加以下显示项：

• Map：订阅/map话题
• LaserScan：订阅/scan话题
• TF：显示坐标系关系

5. 运行 SLAM 建图

启动机器人驱动（发布激光和里程计数据）：

roslaunch YOUR_PACKAGE robot.launch

启动 gmapping 建图：

roslaunch YOUR_PACKAGE gmapping.launch

6. 控制机器人移动

使用键盘或手柄控制机器人在环境中移动，gmapping 会实时建图：

roslaunch YOUR_PACKAGE teleop.launch

7. 保存地图

建图完成后，使用以下命令保存地图：

rosrun map_server map_saver -f ~/map

地图将保存为map.pgm（图像）和map.yaml（配置文件）。

参数调优建议

• 激光雷达参数：

  • minimumScore：匹配分数阈值，提高可减少误匹配
  • linearUpdate/angularUpdate：更新频率，减小可提高地图精度

• 粒子滤波参数：

  • particles：粒子数量，环境复杂时需增加
  • resampleThreshold：重采样阈值，减小可减少粒子耗散

• 地图分辨率：

  • delta：地图分辨率，默认 0.05m，精细地图可设为 0.02m

常见问题及解决

1. 地图漂移严重：

   • 检查里程计精度，尝试使用 IMU 辅助
   • 增加particles数量
   • 减小linearUpdate/angularUpdate值

2. 建图速度慢：

   • 降低激光扫描频率
   • 减少particles数量
   • 增大linearUpdate/angularUpdate值

3. 激光数据显示异常：

   • 检查 TF 树，确保base_link到laser的变换正确
   • 检查激光话题名称和类型

通过以上步骤，你可以在 ROS 中成功使用 slam_gmapping 进行 SLAM 建图。建图效果取决于机器人平台、传感器质量和环境复杂度，可能需要根据实际情况调整参数。