robot_localization:使用

本文介绍robot_localization包的功能,支持多种传感器数据输入如Odometry、PoseWithCovarianceStamped等,并详细阐述了状态向量的构成。通过两种典型使用案例展示如何融合传感器数据创建精确的状态估计。此外还介绍了ekf_localization和ukf_localization节点的工作原理以及如何配置参数。

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转自:https://blog.youkuaiyun.com/viphl/article/details/116651921

robot_localization包没有限制传感器的数据输入。

支持的状态估计节点数据类型:

• nav_msgs/Odometry
• geometry_msgs/PoseWithCovarianceStamped
• geometry_msgs/TwistWithCovarianceStamped
• sensor_msgs/Imu

状态向量:[x y z α β γ x˙ y˙ z˙ α˙ β˙ γ˙ ˙x˙ ˙y˙ ˙z˙](分别代表线速度,欧拉角,加速度,角加速度)

两种典型使用案例:

  • 融合连续的传感器数据(里程计和IMU)创建局部精确的状态估计
  • 融合连续的传感器数据及全局位姿估计来提供精确而完整的全局状态估计

状态估计节点

  • ekf_localization:扩展卡尔曼滤波
  • ukf_localization:无迹卡尔曼滤波

gps传感器预处理节点

navsat_transform_node:允许用户将地理坐标(纬度和经度)转换为机器人的世界框架(通常是map或odom)

TF树

协方差矩阵(包含初估计方差和噪声方差)

kf_localization_node

指明坐标框架

<param name="map_frame" value="map"/>
<param name="odom_frame" value="odom"/>
<param name="base_link_frame" value="base_link"/>
<param name="world_frame" value="odom"/>

传感器输入

<param name="odom0" value="/controller/odom"/>
<param name="odom1" value="/some/other/odom"/>
<param name="pose0" value="/altitude"/>
<param name="pose1" value="/some/other/pose"/>
<param name="pose2" value="/yet/another/pose"/>
<param name="twist0" value="/optical_flow"/>
<param name="imu0" value="/imu/left"/>
<param name="imu1" value="/imu/right"/>
<param name="imu2" value="/imu/front"/>
<param name="imu3" value="/imu/back"/>

协方差矩阵的输入

噪声方差

process_noise_covariance: [0.05, 0,    0,    0,    0,    0,    0,     0,     0,    0,    0,    0,    0,    0,    0,
                           0,    0.05, 0,    0,    0,    0,    0,     0,     0,    0,    0,    0,    0,    0,    0,
                           0,    0,    0.06, 0,    0,    0,    0,     0,     0,    0,    0,    0,    0,    0,    0,
                           0,    0,    0,    0.03, 0,    0,    0,     0,     0,    0,    0,    0,    0,    0,    0,
                           0,    0,    0,    0,    0.03, 0,    0,     0,     0,    0,    0,    0,    0,    0,    0,
                           0,    0,    0,    0,    0,    0.06, 0,     0,     0,    0,    0,    0,    0,    0,    0,
                           0,    0,    0,    0,    0,    0,    0.025, 0,     0,    0,    0,    0,    0,    0,    0,
                           0,    0,    0,    0,    0,    0,    0,     0.025, 0,    0,    0,    0,    0,    0,    0,
                           0,    0,    0,    0,    0,    0,    0,     0,     0.04, 0,    0,    0,    0,    0,    0,
                           0,    0,    0,    0,    0,    0,    0,     0,     0,    0.01, 0,    0,    0,    0,    0,
                           0,    0,    0,    0,    0,    0,    0,     0,     0,    0,    0.01, 0,    0,    0,    0,
                           0,    0,    0,    0,    0,    0,    0,     0,     0,    0,    0,    0.02, 0,    0,    0,
                           0,    0,    0,    0,    0,    0,    0,     0,     0,    0,    0,    0,    0.01, 0,    0,
                           0,    0,    0,    0,    0,    0,    0,     0,     0,    0,    0,    0,    0,    0.01, 0,
                           0,    0,    0,    0,    0,    0,    0,     0,     0,    0,    0,    0,    0,    0,    0.015]

 

估计方差

initial_estimate_covariance: [1e-9, 0,    0,    0,    0,    0,    0,    0,    0,    0,     0,     0,     0,    0,    0,
                              0,    1e-9, 0,    0,    0,    0,    0,    0,    0,    0,     0,     0,     0,    0,    0,
                              0,    0,    1e-9, 0,    0,    0,    0,    0,    0,    0,     0,     0,     0,    0,    0,
                              0,    0,    0,    1e-9, 0,    0,    0,    0,    0,    0,     0,     0,     0,    0,    0,
                              0,    0,    0,    0,    1e-9, 0,    0,    0,    0,    0,     0,     0,     0,    0,    0,
                              0,    0,    0,    0,    0,    1e-9, 0,    0,    0,    0,     0,     0,     0,    0,    0,
                              0,    0,    0,    0,    0,    0,    1e-9, 0,    0,    0,     0,     0,     0,    0,    0,
                              0,    0,    0,    0,    0,    0,    0,    1e-9, 0,    0,     0,     0,     0,    0,    0,
                              0,    0,    0,    0,    0,    0,    0,    0,    1e-9, 0,     0,     0,     0,    0,    0,
                              0,    0,    0,    0,    0,    0,    0,    0,    0,    1e-9,  0,     0,     0,    0,    0,
                              0,    0,    0,    0,    0,    0,    0,    0,    0,    0,     1e-9,  0,     0,    0,    0,
                              0,    0,    0,    0,    0,    0,    0,    0,    0,    0,     0,     1e-9,  0,    0,    0,
                              0,    0,    0,    0,    0,    0,    0,    0,    0,    0,     0,     0,     1e-9, 0,    0,
                              0,    0,    0,    0,    0,    0,    0,    0,    0,    0,     0,     0,     0,    1e-9, 0,
                              0,    0,    0,    0,    0,    0,    0,    0,    0,    0,     0,     0,     0,    0,    1e-9]

使用navsat_transform_node

过程

  • 将gps数据转换成UTM坐标
  • 使用初始的UTM坐标,EKF/UKF输出和IMU生成从UTM网格到机器人世界框架的(静态)变换T
  • 使用T变换所有测量的gps数据
  • 将数据发给EKF/UKF

需要的输入:
• nav_msgs/Odometry (EKF输出,需要机器人当前的位置)
• sensor_msgs/Imu (必须有陀螺仪,需要确定全局朝向)
• sensor_msgs/NavSatFix (从导航卫星设备输出)

相关设置

<param name="magnetic_declination_radians" value="0"/>
<param name="yaw_offset" value="0"/>
<param name="zero_altitude" value="true"/>
<param name="broadcast_utm_transform" value="true"/>
<param name="publish_filtered_gps" value="true"/>

转自:https://blog.youkuaiyun.com/viphl/article/details/116651921

Robot Localization是机器人定位技术的一部分,它涉及到在未知环境中让机器人确定其自身的位置和姿态。这个过程通常依赖于传感器数据,如激光雷达、视觉传感器或惯性测量单元(IMU),并与地图信息进行匹配。以下是Robot Localization的基本步骤和一些常见算法的简介: 1. **SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)**:这是一个基础概念,用于实时构建环境地图的同时进行自身的定位。常见的SLAM算法有LOAM(Lidar Odometry and Mapping)、ORB-SLAM(基于特征点的)和DijkstraSLAM(基于图的)。 2. **滤波器(Filters)**:如卡尔曼滤波(KF)、粒子滤波(PF)或扩展卡尔曼滤波(EKF),用于处理传感器数据的不确定性并不断更新机器人的位置估计。 3. **概率图模型(Probabilistic Graphical Models)**:例如 Rao-Blackwellized Particle Filters(RBPF),利用贝叶斯网络表示状态空间的概率分布。 4. **定位算法**:常用的方法有GPS+INS(全球定位系统+惯性导航系统)、视觉地标识别、SLAM后的后处理(如ICP(Iterative Closest Point))。 5. **开源库**:很多机器人操作系统(ROS)包提供Robot Localization的功能,如`tf2`、`ORB_SLAM2`、`move_base`等,它们提供了接口和工具简化了开发过程。 **教程学习路径**: 1. **入门**:阅读ROS官方文档《Robot Localizaton with ROS》或GitHub上的示例代码,理解基本原理。 2. **理论**:学习概率论、统计学和SLAM相关的理论知识,如贝叶斯滤波和图优化算法。 3. **实践**:通过编写简单的ROS节点,使用公开的开源库或自定义算法,尝试在仿真环境或真实环境中实现定位。 4. **项目实战**:参与或完成机器人定位相关的项目,提升实际操作经验。
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