移動機(jī)器人技術(shù)-課件 項目六：移動機(jī)器人高階認(rèn)知與實踐

項目六：移動機(jī)器人高階認(rèn)知與實踐機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的安裝與基本操作任務(wù)一：機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的安裝與基本操作任務(wù)目標(biāo)：1.了解ROS的基本概念和發(fā)展歷程2.掌握安裝Ubuntu系統(tǒng)和ROS系統(tǒng)的方法3.學(xué)會創(chuàng)建ROS工作空間和功能包4.學(xué)會使用ROS節(jié)點和編寫launch文件機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的安裝與基本操作知識儲備一機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的基本概念ROS（RobotOperatingSystem，機(jī)器人操作系統(tǒng)）是一個面向機(jī)器人的開源操作系統(tǒng)。它能夠提供類似廣義理解操作系統(tǒng)的諸多功能，包括：硬件抽象底層設(shè)備控制常用函數(shù)的實現(xiàn)進(jìn)程間消息傳遞包管理提供跨計算機(jī)運行代碼所需的工具和庫函數(shù)ROS可以實現(xiàn)的功能機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的安裝與基本操作知識儲備一機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的基本概念ROS作為機(jī)器人的大腦，廣泛的應(yīng)用于多種不同功能的機(jī)器人的研發(fā)，學(xué)習(xí)和掌握ROS已經(jīng)成為從事機(jī)器人開發(fā)與應(yīng)用相關(guān)工作的必備技能。常見的ROS機(jī)器人機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的安裝與基本操作知識儲備二ROS的發(fā)展歷程ROS起源于人工智能研究大發(fā)展階段。2000年，斯坦福大學(xué)人工智能實驗室開展了一系列相關(guān)研究項目，例如斯坦福人工智能機(jī)器人（StanfordArtificialIntelligenceRobot，STAIR）項目、個人機(jī)器人（PersonalRobots,PR）項目等。STAIR機(jī)器人不同版本PR2機(jī)器人仿真圖機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的安裝與基本操作知識儲備二ROS的發(fā)展歷程2007年，機(jī)器人公司W(wǎng)illowGarage和該項目組合作，提供了大量資源，將斯坦福大學(xué)項目中的軟件系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展與完善。從WillowGarage衍生出的公司機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的安裝與基本操作知識儲備二ROS的發(fā)展歷程ROS1.0版本發(fā)布于2010年，開發(fā)了一系列基于PR2機(jī)器人機(jī)器人相關(guān)的基礎(chǔ)軟件包。隨后基本上ROS每年都在更新，其中ROS1.0目前最新的版本為適配Ubuntu20.04LTS的ROSNoeticNinjemys。經(jīng)過十多年的發(fā)展，ROS逐漸趨于成熟，已經(jīng)初步進(jìn)入一種穩(wěn)定的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。目前越來越多的機(jī)器人、無人車和無人機(jī)都開始采用ROS作為開發(fā)平臺。ROS的起源機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的安裝與基本操作知識儲備二ROS的發(fā)展歷程ROS的版本代號是按照字母順序編排的，并隨著Ubuntu系統(tǒng)的更新而更新。ROS1.0版本從BoxTurtle開始，到ROSNoeticNinjemys經(jīng)歷了13次更新。ROS版本發(fā)布時間建議對應(yīng)Ubuntu版本ROSBoxTurtle2010.03.02Ubuntu8.04（Hardy）ROSCTurtle2010.08.02Ubuntu9.04（Lucid）ROSDiamondback2011.03.02Ubuntu10.04（Lucid）ROSElectricEmys2011.08.30Ubuntu10.04（Lucid）ROSFuerteTurtle2012.04.23Ubuntu10.04（Lucid）ROSGroovyGalapagos2012.12.31Ubuntu12.04（Precise）ROSHydroMedusa2013.09.04Ubuntu12.04（Precise）ROSIndigoIgloo2014.07.22Ubuntu14.04（Trusty）ROSJadeTurtle2015.05.23Ubuntu15.04（Vivid）ROSKineticKame2016.05.23Ubuntu16.04（Xenial）ROSLunarLoggerhead2017.05.23Ubuntu17.04（Zesty）ROSMelodicMorenia2018.05.23Ubuntu18.04（Bionic）ROSNoeticNinjemys2020.05.23Ubuntu20.04（Focal）ROS1.0版本及發(fā)行時間機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的安裝與基本操作知識儲備二ROS的發(fā)展歷程在ROS1.0更新的過程中，開發(fā)者們也意識到了存在一些問題：沒有構(gòu)建多機(jī)器人系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)方法無法適用于Windows、MacOS等系統(tǒng)缺少實時性方面的設(shè)計等于是開發(fā)者將ROS1.0徹底重構(gòu)，推出了基于數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)（DataDistributionService，DDS）的ROS2.0版本。相比于ROS1.0，ROS2.0除了解決以上痛點外，更主要的是在引入DDS后，使得ROS2.0的通信機(jī)制在實時性、可靠性、靈活性、可拓展性等都有了較大提升。機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的安裝與基本操作知識儲備三ROS文件系統(tǒng)級1.ROS工作空間在ROS系統(tǒng)中，工作空間是用戶開發(fā)自己程序的文件夾（也稱目錄），簡單來說相當(dāng)于一個工程或者項目，由用戶自行創(chuàng)建。工作空間中存放各種用戶自己開發(fā)的功能包程序，文件是源代碼形式，用戶可自由修改。工作空間文件夾組成其中：src：存放代碼文件build：存放編譯過程中生成的中間文件devel：存放編譯過程中生成的目標(biāo)文件機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的安裝與基本操作知識儲備三ROS文件系統(tǒng)級2.ROS功能包在工作空間下的src文件夾中，存放了各種功能包文件。其中包括：綜合功能包(Metapackage)：綜合功能包將特定應(yīng)用程序包的列表組合在一起，方便集中管理。功能包：功能包是ROS軟件組織的基本形式，是構(gòu)成ROS的基本單元，也是catkin編譯的基本單元。一個功能包可以包含多個可執(zhí)行文件（節(jié)點），還包含可執(zhí)行文件所需的所有文件，如依賴庫和配置文件等。功能包清單：每個包都有一個名為package.xml的清單文件。綜合功能包的pckage.xml文件由相關(guān)功能包的名稱組成。如果一個文件夾下有CMakeLists.txt和package.xml這兩個文件，則一般可以判斷該文件夾為功能包。機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的安裝與基本操作知識儲備三ROS文件系統(tǒng)級2.ROS功能包以上圖的package3為例，對其中的各個文件及文件夾進(jìn)行討論。CmakeLists.txt：定義編譯的規(guī)則Package.xml：定義功能包的屬性scripts：存放可執(zhí)行腳本include：存放頭文件src：存放源碼文件msg：存放自定義消息類型文件srv：存放自定義服務(wù)類型文件launch：存放launch文件，launch文件可幫助一次運行多個可執(zhí)行文件config：存放功能包中所需要使用的配置文件機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的安裝與基本操作知識儲備三ROS文件系統(tǒng)級2.ROS功能包(1).

CMakeLists.txt文件要了解CMakeLists.txt文件，首先需要先了解一下Makefile。在一個工程或者項目中，可能會有很多的源文件，按照類型、功能或者模塊放到不同的文件夾中。Makefile定義了一個工程文件的編譯規(guī)則，指定了哪些文件需要先編譯，哪些文件需要后編譯，哪些文件需要重新編譯，甚至于進(jìn)行更復(fù)雜的功能操作。Makefile就像一個shell腳本，使得項目工程的編譯變得自動化。Makefile編譯過程機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的安裝與基本操作知識儲備三ROS文件系統(tǒng)級2.ROS功能包(1).

CMakeLists.txt文件但是通常Makefile文件比較復(fù)雜，寫下來需要耗費大量的時間和精力。而CMakeLists.txt文件則相對比較簡單。在CMakeLists.txt確定后，直接使用cmake命令運行，將這個命令指向CMakeLists.txt所在的目錄，cmake之后就會產(chǎn)生想要的Makefile文件，然后再直接make就可以編譯出需要的結(jié)果，這帶來了極大的便利。機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的安裝與基本操作知識儲備三ROS文件系統(tǒng)級2.ROS功能包(1).

CMakeLists.txt文件下表列出ROS下CMakeLists.txt的一個總體結(jié)構(gòu)。代碼含義Cmake_minimum_required()指定catkin最低版本Project()指定軟件包的名稱Find_package()引入外部依賴包Add_message_files()添加消息文件（*.msg）Add_service_files()添加服務(wù)文件（*.srv）Add_action_files()添加動作文件Generate_messages()生成消息、服務(wù)和動作Add_dependencies()確保自定義消息的頭文件在使用之前已經(jīng)被生成Add_library()添加目標(biāo)庫文件Add_executable()生成可執(zhí)行文件Target_link_libraries()指定目標(biāo)連接的庫Install()安裝目標(biāo)文件編譯代碼表機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的安裝與基本操作知識儲備三ROS文件系統(tǒng)級2.ROS功能包(2).package.xml文件package.xml是ROS功能包的“功能包清單描述”，定義了包的屬性，如名稱、版本、描述、作者信息、依賴等，最重要的是聲明了編譯工具、編譯依賴工具、編譯輸出依賴和運行依賴。下表列出package.xml文件的寫法。package.xml文件標(biāo)簽標(biāo)簽含義<pacakge>根標(biāo)簽<name>包名<version>版本號<description>包描述<maintainer>維護(hù)者<license>軟件許可證<buildtool_depend>編譯構(gòu)建工具，通產(chǎn)為catkin<depend>指定依賴項為編譯、導(dǎo)出、運行需要的依賴<build_depend>編譯依賴項<build_export_depend>導(dǎo)出依賴性<exec_depend>運行依賴項<test_depend>測試用例依賴項<doc_depend>文檔依賴項機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的安裝與基本操作知識儲備四ROS計算圖級計算圖是ROS處理數(shù)據(jù)的一種點對點的網(wǎng)絡(luò)形式。程序運行時，所有進(jìn)程以及它們所進(jìn)行的數(shù)據(jù)處理，將會通過一種點對點的網(wǎng)絡(luò)形式表現(xiàn)出來。這一級主要包括幾個重要概念：節(jié)點管理器（master）、節(jié)點（node）、消息（message）、服務(wù)（service）、主題（topic）、參數(shù)服務(wù)器（ParameterServer）和消息記錄包（Bag）。ROS計算圖級框架機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的安裝與基本操作知識儲備四ROS計算圖級節(jié)點（Node）在ROS系統(tǒng)中是主要的計算執(zhí)行進(jìn)程。節(jié)點管理器（master）作為一個中間節(jié)點，用于在不同ROS節(jié)點之間建立連接。節(jié)點需要使用如roscpp或rospy的ROS客戶端庫進(jìn)行編寫，之后能通過主題、服務(wù)等與其他節(jié)點進(jìn)行通信。節(jié)點與節(jié)點管理器之間的關(guān)系機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的安裝與基本操作知識儲備四ROS計算圖級ROS同時為用戶提供了處理節(jié)點的工具，如rosnode，它是一個用于顯示節(jié)點信息的命令行工具。常見支持命令如下：rosnodelist：列出當(dāng)前活動節(jié)點rosnodeinfo[節(jié)點名稱]：輸出當(dāng)前節(jié)點信息rosnodekill[節(jié)點名稱]：結(jié)束當(dāng)前運行節(jié)點進(jìn)程或發(fā)送給定信號rosnodemachine[PC名或IP]：列出某一特定計算機(jī)上運行的節(jié)點或列出主機(jī)名稱rosnodeping[節(jié)點名稱]：測試節(jié)點之間的連通性rosnodecleanup：將無法訪問的節(jié)點注冊信息清除機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的安裝與基本操作知識儲備四ROS計算圖級在Ubuntu中，每打開一個節(jié)點就需要重新打開一個終端，當(dāng)需要打開多個節(jié)點時就尤為繁瑣，而啟動文件（LaunchFile）可以通過xml文件實現(xiàn)多節(jié)點的配置和啟動，省去了啟動多個終端與多個節(jié)點的復(fù)雜操作。同時它還可以自動啟動ROSMaster節(jié)點管理器，并且可以實現(xiàn)每個節(jié)點的各種配置，為多個節(jié)點的操作提供很大便利。Launch文件寫法機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的安裝與基本操作知識儲備四ROS計算圖級消息（message）是實現(xiàn)節(jié)點之間的邏輯聯(lián)系和數(shù)據(jù)交換，每一個消息都是一個嚴(yán)格的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，支持諸如整型、浮點型、布爾型等常見的數(shù)據(jù)類型。內(nèi)置類型機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的安裝與基本操作知識儲備四ROS計算圖級主題（topic）是ROS網(wǎng)絡(luò)對消息進(jìn)行路由和管理的數(shù)據(jù)總線，是一種單向異步通信機(jī)制。ROS節(jié)點之間通過話題的發(fā)布與訂閱來進(jìn)行交互，每一條消息都要發(fā)布到相應(yīng)的話題。同時話題的名稱必須是獨一無二的，否則在同名話題之間的消息路由就會發(fā)生錯誤。單向異步通信機(jī)制機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的安裝與基本操作知識儲備四ROS計算圖級服務(wù)（service）是另一種在節(jié)點之間傳遞數(shù)據(jù)的方法，是雙向同步通信機(jī)制。它能夠讓一個節(jié)點調(diào)用運行在另一個節(jié)點中的函數(shù)。這種機(jī)制不僅可以發(fā)送消息，還存在反饋。雙向同步通信機(jī)制機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的安裝與基本操作工程實踐一Ubuntu16.04LTS系統(tǒng)的安裝步驟1：制作系統(tǒng)鏡像。以安裝有Windows10操作系統(tǒng)的計算機(jī)為例，首先在Ubuntu的官方網(wǎng)站/download/desktop或者其他國內(nèi)的鏡像網(wǎng)站下載Ubuntu16.04的ISO鏡像文件，下載完成后，用UltraISO軟件將U盤制作為啟動盤。打開UltraISO軟件，點擊文件按鈕，選擇下載的鏡像文件以及制作啟動盤的U盤。選擇完畢后，點擊“啟動”選擇“寫入硬盤鏡像”，注意在制作啟動盤之前需要將U盤內(nèi)容備份然后格式化，到此U盤啟動盤制作成功。UltraISO軟件界面圖制作U盤鏡像示意圖機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的安裝與基本操作工程實踐一Ubuntu16.04LTS系統(tǒng)的安裝步驟2：磁盤分區(qū)。在Windows文件資源管理器上，右擊此電腦，選擇管理——磁盤管理，從一個磁盤中分出一個空磁盤用于安裝Ubuntu，具體的數(shù)值可根據(jù)實際情況設(shè)定，建議大于50G。分配磁盤空間機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的安裝與基本操作工程實踐一Ubuntu16.04LTS系統(tǒng)的安裝步驟3：完成Ubuntu安裝。完成磁盤空間的劃分和啟動盤制作后，重啟計算機(jī)，連續(xù)點按F12（不同計算機(jī)可能不太一樣，可根據(jù)自己計算機(jī)型號自行查閱）選擇U盤作為啟動項，進(jìn)入Ubuntu安裝界面。語言選擇簡體中文，點擊安裝Ubuntu：Ubuntu系統(tǒng)安裝步驟一機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的安裝與基本操作工程實踐一Ubuntu16.04LTS系統(tǒng)的安裝取消安裝下載中更新以及安裝這個第三方軟件，點擊繼續(xù)：Ubuntu系統(tǒng)安裝步驟二機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的安裝與基本操作工程實踐一Ubuntu16.04LTS系統(tǒng)的安裝由于需要自己分區(qū)，選擇“其他選項”來調(diào)整分區(qū)，然后進(jìn)入如下界面：Ubuntu系統(tǒng)安裝步驟三機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的安裝與基本操作工程實踐一Ubuntu16.04LTS系統(tǒng)的安裝下圖中空閑的磁盤就是通過壓縮卷分出來安裝Ubuntu用的，點擊下圖中“+”：Ubuntu系統(tǒng)安裝步驟四機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的安裝與基本操作工程實踐一Ubuntu16.04LTS系統(tǒng)的安裝從劃分的磁盤選擇啟動項安裝的位置，大小200M左右，掛載點為/boot，確定后再選擇剩余空間，點“+”號：：Ubuntu系統(tǒng)安裝步驟五機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的安裝與基本操作工程實踐一Ubuntu16.04LTS系統(tǒng)的安裝選擇交換空間，大小設(shè)置為系統(tǒng)內(nèi)存大小，這里設(shè)置為3000M，點擊確定，對剩余空閑磁盤空間，點“+”號：Ubuntu系統(tǒng)安裝步驟六機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的安裝與基本操作工程實踐一Ubuntu16.04LTS系統(tǒng)的安裝將剩余內(nèi)存全部分配，選擇Ubuntu的掛載點為/，點擊確定：Ubuntu系統(tǒng)安裝步驟七機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的安裝與基本操作工程實踐一Ubuntu16.04LTS系統(tǒng)的安裝選擇系統(tǒng)安裝引導(dǎo)項的設(shè)備，一定要選擇剛剛建立掛載點為/boot的磁盤（這里為/dev/sda1）。Ubuntu系統(tǒng)安裝步驟八點擊“現(xiàn)在安裝”選項，后面按照指示進(jìn)行即可安裝完成。機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的安裝與基本操作工程實踐二ROSKinetic的安裝實驗步驟1：配置軟件倉庫。首先在開始安裝ROS之前，第一步需要配置Ubuntu軟件倉庫，為此需要將Ubuntu系統(tǒng)設(shè)置中的軟件與更新設(shè)置為如下狀態(tài)，以允許使用“restricted”“universe”和“multiverse”存儲庫。如果下載速度緩慢，可以將軟件源選擇為國內(nèi)的阿里云鏡像，可以提高下載速度。Ubuntu軟件與更新界面機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的安裝與基本操作工程實踐二ROSKinetic的安裝實驗步驟2：設(shè)置軟件源。一旦添加了正確的軟件源，Ubuntu就知道去哪里下載程序，并根據(jù)命令自動安裝軟件，設(shè)置軟件源的命令如下，按“Ctrl+Alt+T”打開終端，輸入以下指令：$sudosh-c'echo"deb/ros/ubuntu$(lsb_release-sc)main">/etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list’實驗步驟3：設(shè)置密鑰。密鑰是Ubuntu系統(tǒng)的一種安全機(jī)制，也是ROS安裝中不可缺的一部分，通常情況下，當(dāng)添加完軟件庫時，就已經(jīng)添加了軟件庫的密鑰。具體執(zhí)行命令如下：$sudoapt-keyadv--keyserver'hkp://:80'--recv-keyC1CF6E31E6BADE8868B172B4F42ED6FBAB17C654機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的安裝與基本操作工程實踐二ROSKinetic的安裝實驗步驟4：安裝ROS。在安裝ROS之前最好先升級一下軟件，避免錯誤的庫版本或軟件版本產(chǎn)生各種問題，運行命令：$sudoapt-getupdate在ROS中，有很多不同的庫和工具，官網(wǎng)提供了四種默認(rèn)的配置。具體安裝代碼如下：桌面完整版安裝(推薦)：包含ROS、rqt、rviz、機(jī)器人通用庫、2D/3D模擬器、導(dǎo)航以及2D/3D感知。$sudoapt-getinstallros-kinetic-desktop-full桌面版安裝：包含ROS、rqt、rviz以及通用機(jī)器人函數(shù)庫。$sudoapt-getinstallros-kinetic-desktop基礎(chǔ)版安裝：包含ROS核心軟件包、構(gòu)建工具以及通信相關(guān)的程序庫，無GUI工具。$sudoapt-getinstallros-kinetic-ros-base單個軟件包安裝：也可以安裝某個指定的ROS軟件包（使用軟件包名稱替換掉下面的PACKAGE）。$sudoapt-getinstallros-kinetic-ros-base機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的安裝與基本操作工程實踐二ROSKinetic的安裝實驗步驟5：初始化rosdep。在開始使用ROS之前還需要初始化rosdep。rosdep可以方便在需要編譯某些源碼的時候為其安裝一些系統(tǒng)依賴，同時也是某些ROS核心功能組件所必需用到的工具。初始化rosdep命令為：$sudorosdepinit$rosdepupdate由于是國外網(wǎng)站無法訪問，程序無法下載相應(yīng)的文件，可能會導(dǎo)致運行上面兩行代碼可能會不成功。所以要確保能夠被正常訪問，當(dāng)出現(xiàn)以下界面時，才可以被認(rèn)為是成功。rosdep成功界面截圖機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的安裝與基本操作工程實踐二ROSKinetic的安裝實驗步驟6：配置環(huán)境。為了能夠運行ROS，系統(tǒng)需要知道可執(zhí)行文件以及其他命令的位置。為了實現(xiàn)以上目的，需要添加ROS環(huán)境變量，這樣每打開一個終端時，會自動添加環(huán)境變量，具體命令為：$echo"source/opt/ros/kinetic/setup.bash">>~/.bashrc$source~/.bashrc實驗步驟7：構(gòu)建依賴。到目前為止，已經(jīng)安裝了運行核心ROS包所需的內(nèi)容。為了創(chuàng)建和管理ROS工作區(qū)，有各種各樣的工具可以使用。例如：rosinstall是一個經(jīng)常使用的命令行工具，它能夠輕松地從一個命令中下載許多ROS包的源碼。在Ubuntu中運行以下命令安裝這個工具：$sudoapt-getinstallpython-rosinstallpython-rosinstall-generatorpython-wstoolbuild-essential機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的安裝與基本操作工程實踐二ROSKinetic的安裝實驗步驟8：ROS系統(tǒng)測試。當(dāng)完成ROS的安裝后，可以通過測試roscore和turtlesim來測試安裝是否成功。具體做法是打開兩個終端，快捷鍵為“Ctrl+Alt+T”，在兩個終端中分別輸入以下命令：$roscore$rosrunturtlesimturtlesim_node如果一切正常就會看到以下界面（海龜?shù)男螤羁赡懿煌耆嗤篟OSKinetic安裝測試圖機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的安裝與基本操作工程實踐三創(chuàng)建工作空間對于ROSGroovy以后的版本可以參考以下步驟創(chuàng)建工作空間。步驟1：初始化工作空間。打開一個終端，運行以下命令：$mkdir-p~/catkin_ws/src$cd~/catkin_ws/src$catkin_init_workspace步驟2：編譯工作空間。工作空間初始化完成后，可以在src文件夾下看到一個CMakeLists.txt的文件，即使這個工作空間是空的，依然可以直接編譯。打開一個新的終端，運行以下命令：$cd~/catkin_ws/$catkin_make機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的安裝與基本操作工程實踐三創(chuàng)建工作空間步驟3：設(shè)置環(huán)境變量。編譯完成后，在該工作空間下可以看到有build和devel兩個文件夾，devel文件夾中有許多個setup.*sh文件，啟動這些文件會覆蓋現(xiàn)在的環(huán)境變量。在終端中執(zhí)行以下命令設(shè)置環(huán)境變量：$echo"source~/catkin_ws/devel/setup.bash">>~/.bashrc$source~/.bashrc為了確認(rèn)環(huán)境變量是否設(shè)置成功，可以運行以下命令來確認(rèn)當(dāng)前的目錄是否在環(huán)境變量中：$echo$ROS_PACKAGE_PATH如果輸出:/home/username/catkin_ws/src:/opt/ros/kinetic/share:/opt/ros/kinetic/stacks,則說明工作環(huán)境已經(jīng)建立。機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的安裝與基本操作工程實踐四創(chuàng)建ROS功能包工作空間創(chuàng)建完成后，可以在工作空間下創(chuàng)建功能包。具體操作步驟如下：步驟1：新建功能包。使用以下命令在剛剛建立的工作空間中創(chuàng)建新的功能包：$cd~/catkin_ws/src$catkin_create_pkgexample1std_msgsroscpp其中example1為功能包的名稱，std_msgs為包含常見消息類型和其他基本消息構(gòu)造依賴，roscpp是用c++來實現(xiàn)ROS的各種功能。如果所有步驟執(zhí)行正確，將會得到如下所示的結(jié)果：創(chuàng)建功能包結(jié)果圖機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的安裝與基本操作工程實踐四創(chuàng)建ROS功能包步驟2：編譯功能包。一旦創(chuàng)建了功能包，就可以在功能包下編寫代碼來實現(xiàn)各種功能。命令行如下：$cd~/catkin_ws$catkin_make如果編譯沒有錯誤，將會看到如下的畫面：創(chuàng)建功能包結(jié)果圖需要注意的是，編譯功能包時必須是在工作空間文件夾下運行catkin_make命令，如果在其他文件夾下這樣做，可能會生成錯誤的文件。機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的安裝與基本操作工程實踐五使用ROS節(jié)點步驟1：安裝turtlesim功能包。如果已經(jīng)安裝完整版的ROS系統(tǒng)，那么已經(jīng)有了turtlesim功能包，如果沒有安裝成功，可以用以下的命令行來進(jìn)行安裝：$sudoapt-getinstallros-kinetic-turtlesim步驟2：運行節(jié)點管理器。安裝好turtlesim相關(guān)功能包，在開始使用節(jié)點之前，必須先運行節(jié)點管理器。命令行如下：$roscore機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的安裝與基本操作工程實踐五使用ROS節(jié)點步驟3：啟動節(jié)點。運行主節(jié)點后，現(xiàn)在需要用rosrun命令啟動一個新的節(jié)點，打開一個新的終端，運行以下命令：$rosrunturtlesimturtlesim_node會看到一個新的窗口，在這個窗口中有一個小海龜，如下圖所示：tuetlesim_node運行結(jié)果示意機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的安裝與基本操作工程實踐五使用ROS節(jié)點步驟4：查看節(jié)點信息。通過rosnode工具來查看節(jié)點列表，會看到出現(xiàn)了一個新的節(jié)點，叫/turtlesim。此時可以通過rosnodeinfoNode來查看節(jié)點的具體信息，打開一個新的終端，運行以下命令：$rosnodeinfo/turtlesim此時將輸出以下信息：tuetlesim_node節(jié)點信息在上面的信息中，可以清楚的看到節(jié)點發(fā)布（Publications）、訂閱（Subscriptions）和服務(wù)（Services）的相關(guān)主題以及它們各自的名稱。機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的安裝與基本操作工程實踐六使用Launch啟動文件步驟1：創(chuàng)建launch啟動文件。在example1功能包下按照下面命令新建launch文件夾，創(chuàng)建example1.launch。$cd~/catkin_ws/src/example1$mkdirlaunch$cdlaunch$geditexample1.launch在文件中輸入下面的代碼：<?xmlversion="1.0"?><launch> <nodename="turtlesim_node"pkg="turtlesim"type="turtlesim_node"/> <nodename="turtle_teleop_key"pkg="turtlesim"type="turtle_teleop_key"output="screen"/></launch>機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的安裝與基本操作工程實踐六使用Launch啟動文件可以看到，這個例子包含了啟動海龜節(jié)點和用鍵盤控制海龜節(jié)點。launch文件通過XML文件實現(xiàn)了多節(jié)點的配置和啟動。其中，在啟動文件中node參數(shù)需要三個屬性：name：定義節(jié)點運行的名稱pkg：定義節(jié)點所在的功能包名稱type：定義節(jié)點的可執(zhí)行文件名稱pkg和type屬性等同于在終端中使用rosrun命令執(zhí)行節(jié)點時的輸入?yún)?shù)。機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的安裝與基本操作工程實踐六使用Launch啟動文件步驟2：啟動launch節(jié)點。例如從example1中啟動talker節(jié)點，執(zhí)行以下命令：$roslaunchexample1example1.launch將會看到如下的結(jié)果：啟動launch文件截圖此時，可以按下鍵盤的箭頭鍵控制海龜?shù)囊苿樱缟嫌覉D所示。海龜移動機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS的安裝與基本操作作業(yè)一、完成Ubuntu系統(tǒng)的安裝，思考為什么ROS一般安裝在Ubuntu系統(tǒng)？二、熟悉ROS1.0的基本操作，查閱資料ROS2.0相較于ROS1.0主要在哪些方面進(jìn)行了升級？三、完成ROS節(jié)點的創(chuàng)建和使用，嘗試創(chuàng)建并使用ROS的消息和服務(wù)文件。四、熟悉ROS的文件系統(tǒng)級和計算圖級，同時查閱資料了解ROS的開源社區(qū)級。項目六：移動機(jī)器人高階認(rèn)知與實踐任務(wù)二：基于ROS的機(jī)器人安裝任務(wù)目標(biāo)：1.了解基于ROS系統(tǒng)的機(jī)器人平臺2.了解LEO機(jī)器人的硬件組成3.能完成LEO機(jī)器人系統(tǒng)和軟件安裝4.能完成LEO機(jī)器人功能包的安裝知識儲備一基于ROS系統(tǒng)的機(jī)器人平臺簡介目前，ROS已經(jīng)成為世界各地大多數(shù)機(jī)器人都向往參與的平臺，基于ROS系統(tǒng)開發(fā)的機(jī)器人平臺也已經(jīng)有很多。其中比較常見的有WillowGarage公司開發(fā)的TurtleBot系列機(jī)器人，松靈機(jī)器人公司開發(fā)的LIMO機(jī)器人，璞數(shù)公司開發(fā)的ROSYZ系列機(jī)器人，深圳玩智商科技有限公司（EAI）開發(fā)的LEO機(jī)器人等。Turtlebot系列機(jī)器人LIMO機(jī)器人璞數(shù)系列機(jī)器人LEO機(jī)器人知識儲備二LEO機(jī)器人硬件組成LEO機(jī)器人，在硬件方面主要由STM32模塊、導(dǎo)航模塊(N92工控機(jī))、超聲波模塊、激光雷達(dá)、三相直流無刷電機(jī)組成和DOBOTmagician機(jī)械臂。知識儲備二LEO機(jī)器人硬件組成1.STM32模塊STM32模塊是意法半導(dǎo)體推出的32位ARMCortex-M4內(nèi)核微控制器系列，具有高性能、低功耗、可靠性強等特點，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、智能家居、工業(yè)自動化、智能小車等領(lǐng)域。其主芯片為STM32F407ZGT6，它基于高性能Arm?Cortex?-M432位RISC內(nèi)核，工作頻率高達(dá)168MHz。Cortex-M4內(nèi)核具有浮點單元(FPU)單精度，支持所有Arm單精度數(shù)據(jù)處理指令和數(shù)據(jù)類型。它還實現(xiàn)了一整套DSP指令和一個增強應(yīng)用程序安全性的內(nèi)存保護(hù)單元(MPU)。在LEO設(shè)備中主要作用是采集超聲波，左右輪電機(jī)編碼器等傳感器數(shù)據(jù)，并且控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動。。知識儲備二LEO機(jī)器人硬件組成2.導(dǎo)航模塊(N92工控機(jī))導(dǎo)航模塊(N92工控機(jī))是LEO機(jī)器人導(dǎo)航的控制模塊。其主處理器是I5-4210Y/1.5GHz雙核處理器，Graphics4200核心顯卡，2個USB2.0接口，2個USB3.0接口，1個HDMI接口，1個VGA接口，可提供12V電源。在LEO機(jī)器人中主要通過串口與STM32模塊通訊，獲取超聲波，編碼器等數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)ROS的消息。其可以運行建圖導(dǎo)航算法，根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)，使用gmappingslam算法構(gòu)建地圖，用dijk等算法規(guī)劃全局路徑，teb_local_planner等算法規(guī)劃局部路徑，最后根據(jù)規(guī)劃出的路徑，控制LEO機(jī)器人移動。知識儲備二LEO機(jī)器人硬件組成3.超聲波模塊US-015超聲波模塊是目前市場上分辨率最高，重復(fù)測量一致性最好的超聲波測距模塊，它的測量角度為15度(圓錐形)，測量距離范圍為2cm-400cm，測量精度為0.1cm+1%，供電電壓為5V，工作電流為2.2mA，支持GPIO通信模式，工作穩(wěn)定可靠。在LEO機(jī)器人中主要用于檢測玻璃等透明障礙物，并臨時把障礙物加入地圖中，使工控機(jī)重新規(guī)劃路徑，來躲避這些障礙物。知識儲備二LEO機(jī)器人硬件組成4.激光雷達(dá)G1G1雷達(dá)是深圳玩智商科技有限公司（EAI）研發(fā)的一款360度二維測距產(chǎn)品。本產(chǎn)品基于三角測距原理，并配以相關(guān)光學(xué)、電學(xué)、算法設(shè)計，實現(xiàn)高頻高精度的距離測量，在測距的同時，機(jī)械結(jié)構(gòu)360度旋轉(zhuǎn)，不斷獲取角度信息，從而實現(xiàn)了360度掃描測距，輸出掃描環(huán)境的點云數(shù)據(jù)。動力方面采用工業(yè)級無刷電機(jī)驅(qū)動，性能穩(wěn)定。其特點為高速測距，測距頻率可達(dá)9000Hz，抗環(huán)境光干擾能力強，讓機(jī)器人能更快速、精確的建圖。知識儲備二LEO機(jī)器人硬件組成5.三相直流無刷電機(jī)無刷直流電機(jī)由電動機(jī)主體和驅(qū)動器組成，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。該電機(jī)減速比15，額定功率25W，額定電壓24V，額定轉(zhuǎn)速2500rpm，額定轉(zhuǎn)矩0.096N.m，瞬時最大轉(zhuǎn)矩0.144N.m，速度控制范圍200~2500rpm，內(nèi)置霍爾傳感器（約600線/圈），即輪子轉(zhuǎn)動一圈時，輸出600個碼盤數(shù)。目前已廣泛應(yīng)用到多種機(jī)器人關(guān)節(jié)中，在LEO機(jī)器人中主要作用是移動機(jī)器人，并返回左右輪電機(jī)的編碼器值，用于計算機(jī)器人行走的距離。。知識儲備二LEO機(jī)器人硬件組成6.DOBOTmagician越疆機(jī)械臂DOBOTmagician機(jī)械臂，其產(chǎn)品體積精巧，擁有一體化的設(shè)計，PC端控制、APP控制、手勢控制、無線控制等多種操作方式隨意切換，基于MagicianLite豐富的軟硬件交互方式及多樣化兼容拓展接口，具備3D打印、激光雕刻、寫字畫畫等多種功能，預(yù)留13個拓展接口，支持二次開發(fā)。在LEO機(jī)器人中主要作用是抓取和放置物體。工程實踐一安裝LEO機(jī)器人裝配步驟：1.將機(jī)械臂放置到LEO底盤上，機(jī)械臂底座側(cè)邊的卡扣朝后方，電源按鈕朝前方；2.將氣泵支架掛載在機(jī)械臂底座側(cè)邊的卡扣上，氣泵安裝在氣泵支架上；3.機(jī)械臂末端吸盤攝像頭模組裝到機(jī)械臂上；4.氣泵與機(jī)械臂的接線接在上面一排的紅綠口；5.氣泵管與機(jī)械臂末端的吸盤抽氣口連接；6.機(jī)械臂的數(shù)據(jù)線接在左側(cè)下方最下面的USB口；7.攝像頭的數(shù)據(jù)線接在左側(cè)下方最上面的USB口；8.攝像頭線micro口插在機(jī)械臂末端的攝像頭上；9.機(jī)械臂電源線接在LEO的12V供電口。10.安裝完成后，要檢查氣泵管和攝像頭線是否安裝合理。手動轉(zhuǎn)動機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)一周，確保機(jī)械臂不會被氣泵管和攝像頭線卡住。項目六：移動機(jī)器人高階認(rèn)知與實踐任務(wù)三：基于ROS的機(jī)器人測試任務(wù)目標(biāo)：1.掌握ROS的多機(jī)通信配置方法。2.掌握LEO機(jī)器人的硬件測試方法。3.能完成LEO機(jī)器人的各部分硬件測試。4.通過硬件測試，培養(yǎng)團(tuán)隊合作意識。知識儲備ROS網(wǎng)絡(luò)通信是中心式結(jié)構(gòu)，參與ROS網(wǎng)絡(luò)通信的所有主機(jī)必須指定一臺主機(jī)作為master（主節(jié)點），負(fù)責(zé)整個ROS網(wǎng)絡(luò)通信的管理工作，參與ROS網(wǎng)絡(luò)通信的所有主機(jī)需向外聲明自己的host身份。每臺主機(jī)均要設(shè)置master和host兩個環(huán)境變量，master和host的取值均為局域網(wǎng)內(nèi)主機(jī)的真實IP地址。多機(jī)通信配置好后則可在主機(jī)上控制LEO機(jī)器人完成實驗操作。工程實踐一配置多機(jī)通信1.同步時間將主機(jī)（PC）和從機(jī)（機(jī)器人）的時間同步，若時間不同步，容易出現(xiàn)TF變換錯誤。分別在主機(jī)和從機(jī)上運行如下命令。$sudoapt-getinstallchronyntpdate$sudontpdate2.獲取主機(jī)和從機(jī)的主機(jī)名$hostname3.獲取主機(jī)和從機(jī)的IP地址$ifconfig4.安裝ssh在主機(jī)和從機(jī)上安裝ssh。$sudoapt-getinstallopenssh-server工程實踐一配置多機(jī)通信5.修改主機(jī)和從機(jī)的/etc/hosts文件假設(shè)主機(jī)的IP地址為：00，從機(jī)的IP為：00。（1）主機(jī)配置如下；PC：$vim/etc/hosts在文件末尾，添加從站的ip和從機(jī)名；PC：00DashgoE1添加完成后，輸入:wq（保存退出）。（2）從機(jī)配置如下：電腦PC連接好底盤wifi，然后遠(yuǎn)程登錄到從機(jī)，并配置從機(jī)的/etc/hosts文件，在該文件中添加電腦的ip地址和主機(jī)名；在電腦PC端遠(yuǎn)程登錄到LEO機(jī)器人端，并修改文件；PC：$ssheaibot@00LEO：$sudovim/etc/hosts在文件末尾，添加主站的ip和從機(jī)名；LEO：00（電腦PC端名稱）添加完成后，輸入:wq（保存退出）。工程實踐一配置多機(jī)通信6.LEO機(jī)器人通信測試在主機(jī)和從機(jī)間建立連接，確保主機(jī)和從機(jī)在同一局域網(wǎng)下，在主機(jī)中打開一個窗口，運行以下命令，運行格式為：ssh從機(jī)名@IP_從機(jī)PC：$ssheaibot@00輸入從機(jī)密碼，密碼為eaibot。連接成功后會出現(xiàn)下圖所示結(jié)果，終端的名稱變?yōu)閺臋C(jī)名：工程實踐二機(jī)器人測試1.激光雷達(dá)測試具體步驟：（1）電腦連接LEO的WiFi（2）如果是windows電腦，運行xshell7軟件，如果是ubuntu電腦，右鍵桌面→打開終端（3）在上述打開的命令行窗口，輸入以下指令：CP：$ssheaibot@00LEO：$roslaunchsmart_nodedriver_imu.launch（4）再打開一個終端，在命令行窗口輸入以下指令：CP：$ssheaibot@00LEO：$rostopicecho/scan如果有數(shù)據(jù)打印，即為正常。工程實踐二機(jī)器人測試2.陀螺儀測試具體步驟：（1）電腦連接LEO的WiFi（2）如果是windows電腦，運行xshell7軟件，如果是ubuntu電腦，右鍵桌面→打開終端（3）在上述打開的命令行窗口，輸入以下指令：CP：$ssheaibot@00LEO：$roslaunchsmart_nodedriver_imu.launch（4）再打開一個終端，在命令行窗口輸入以下指令：CP：$ssheaibot@00LEO：$rostopicecho/imu_angle（5）另外再開一個窗口，在命令行窗口輸入以下指令：CP：$ssheaibot@00LEO：$rosrundashgo_toolsteleop_twist_keyboard.py此時啟動了鍵盤，“I”按鍵表示前進(jìn)，“J”按鍵表示左轉(zhuǎn)，“L”按鍵表示右轉(zhuǎn)，“，”按鍵表示后退。此時按上述按鍵控制機(jī)器轉(zhuǎn)動，觀察上面的/imu_angle數(shù)據(jù)是否變化。有變化，且和實際轉(zhuǎn)動的角度符合，則陀螺儀正常工程實踐二機(jī)器人測試3.超聲波測試超聲波參數(shù)文件路徑：dashgo_ws/src/dashgo/smart_node/config/smart_parms_imu.yaml超聲波測試主要是觀察/sonar0和/sonar1話題，具體步驟：（1）電腦連接LEO的WiFi（2）如果是windows電腦，運行xshell7軟件，如果是ubuntu電腦，右鍵桌面→打開終端（3）在上述打開的命令行窗口，輸入以下指令：CP：$ssheaibot@00LEO：$roslaunchsmart_nodedriver_imu.launch（4）再打開一個終端，在命令行窗口輸入以下指令：CP：$ssheaibot@00LEO：$rostopicecho/sonar0或

rostopicecho/sonar1在機(jī)器人的前方兩個超聲波處用擋板等物體由近到遠(yuǎn)移動，觀察上述超聲波數(shù)據(jù)，有變化，且測量距離和實際基本符合即為正常。工程實踐二機(jī)器人測試4.攝像頭測試測試攝像頭首先觀察攝像頭在LEO機(jī)器人上面的攝像頭話題/usb_cam/image_raw是否有數(shù)據(jù)，具體步驟如下：（1）電腦連接LEO的WiFi（2）如果是windows電腦，運行xshell7軟件，如果是ubuntu電腦，右鍵桌面→打開終端（3）在上述打開的命令行窗口，輸入以下指令：CP：$ssheaibot@00LEO：$roslaunchprobot_visionusb_cam_in_hand.launch（4）再打開一個終端，在命令行窗口輸入以下指令：CP：$ssheaibot@00LEO：$rostopicecho/usb_cam/image_raw有數(shù)據(jù)打印，證明攝像頭有數(shù)據(jù)。然后看攝像頭的成像是否正常，講攝像頭的usb插頭插在自己的筆記本電腦(Windows)上，打開系統(tǒng)自帶的相機(jī)，切換相機(jī)，就可看到攝像頭的成像，無明顯異常（拖影、斷層、白斑等）即為正常。工程實踐二機(jī)器人測試5.LEO機(jī)器人底盤測試（1）直線測試通過命令行測試底盤按照直線行走1米。具體步驟如下：①遠(yuǎn)程進(jìn)入LEO機(jī)器人，啟動底盤驅(qū)動。PC：$ssheaibot@00LEO：$roslaunchsmart_nodedriver_imu.launch②遠(yuǎn)程進(jìn)入LEO機(jī)器人，打開新的終端，啟動移動腳本。CP：$ssheaibot@00LEO：$rosrundashgo_toolscheck_linear_imu.py③測試完后，ctl+c結(jié)束兩個終端的程序。（2）旋轉(zhuǎn)測試通過命令行測試底盤旋轉(zhuǎn)360度，具體步驟如下：①遠(yuǎn)程進(jìn)入LEO機(jī)器人，啟動底盤驅(qū)動。CP：$ssheaibot@00LEO：$roslaunchsmart_nodedriver_imu.launch②遠(yuǎn)程進(jìn)入LEO機(jī)器人另一個終端，啟動移動腳本。CP：$ssheaibot@00LEO：$rosrundashgo_toolscheck_angular_imu.py③測試完后，ctl+c結(jié)束兩個終端的程序。工程實踐二機(jī)器人測試6.機(jī)械臂測試通常我們只需要測試機(jī)械臂是否能夠正常歸零即可。具體步驟：（1）電腦連接LEO的WiFi（2）如果是windows電腦，運行xshell7軟件，如果是ubuntu電腦，右鍵桌面→打開終端（3）在上述打開的命令行窗口，輸入以下指令：CP：$ssheaibot@00LEO：$roslaunchdobotDobotServer.launch（4）再打開一個終端，在命令行窗口輸入以下指令：CP：$ssheaibot@00LEO：$rosservicecall/DobotServer/SetHOMECmd"{}"項目六：移動機(jī)器人高階認(rèn)知與實踐基于Turbot3機(jī)器人的實踐任務(wù)四：基于ROS的機(jī)器人SLAM算法和導(dǎo)航任務(wù)目標(biāo)：1.了解SLAM的基本定義、分類。2.了解并實踐基于激光雷達(dá)的Gmapping算法。3.了解并實踐基于視覺的cartographer算法。4.熟悉并實踐機(jī)器人導(dǎo)航算法。知識儲備一SLAM的基本定義SLAM（SimultaneousLocalizationandMapping，同時定位與地圖構(gòu)建）問題可以簡單描述為：將一個移動設(shè)備（如機(jī)器人、無人機(jī)、手機(jī)、汽車、智能穿戴設(shè)備等）從一個未知環(huán)境中的未知位置出發(fā)，在運動過程中通過傳感器（如激光雷達(dá)、相機(jī)等）觀測定位自身位置和姿態(tài)，讓移動設(shè)備一邊移動一邊以增量的形式描繪出此環(huán)境地圖，從而達(dá)到同時定位和地圖構(gòu)建的目的。知識儲備一SLAM的基本定義SLAM最早被應(yīng)用在機(jī)器人領(lǐng)域，其目的是在沒有任何先驗知識的情況下，根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)能夠自主構(gòu)建周圍環(huán)境地圖，同時根據(jù)這個地圖推測自身的位置。一般來說，機(jī)器人自主移動到指定位置的過程可以分解為定位、建圖和路徑規(guī)劃三個任務(wù)，而SLAM主要解決定位與建圖問題。知識儲備一SLAM的基本定義定位是用于估計機(jī)器人相對于地圖的位姿（位置與姿態(tài)），建圖是指機(jī)器人創(chuàng)建環(huán)境空間模型的過程。地圖一方面可以幫助機(jī)器人配合自身的傳感器進(jìn)行實時定位，同時也用于后續(xù)展開行動時，導(dǎo)航過程的路徑規(guī)劃。自主運動的兩大基本問題我在什么地方？——定位周圍環(huán)境是什么樣子？——建圖定位與建圖=內(nèi)外兼修定位側(cè)重對自身的了解，建圖側(cè)重對外在的了解相互關(guān)聯(lián)準(zhǔn)確的定位需要精確的地圖精確的地圖來自準(zhǔn)確的定位知識儲備二SLAM的分類SLAM主要可分為基于激光的SLAM和基于視覺的SLAM。基于激光的SLAM方法是成熟且可信的方法，能提供機(jī)器人本體與周圍環(huán)境障礙物間的距離信息，能以較高精度檢測出機(jī)器人周圍障礙點的角度和距離，進(jìn)而實現(xiàn)SLAM、避障等功能。但激光雷達(dá)存在著價格昂貴、獲取信息量有限（稀疏點云、無彩色信息）等缺點。視覺SLAM是以相機(jī)為主要傳感器的SLAM系統(tǒng)，相比于激光雷達(dá)，同樣的檢測相機(jī)成本低，且采集的圖像信息比激光雷達(dá)得到的信息豐富，有利于后期的處理，但存在著計算量大、對環(huán)境假設(shè)強和易受干擾等缺點。知識儲備三

經(jīng)典開源SLAM算法1.基于激光雷達(dá)的Gmapping算法Gmapping是一個基于2D激光雷達(dá)使用RBPF(Rao-BlackwellizedParticleFilters)算法完成二維柵格地圖構(gòu)建的SLAM算法。其優(yōu)點是Gmapping可以實時構(gòu)建室內(nèi)環(huán)境地圖，在較小場景中計算量少，且地圖精度較高，同時對激光雷達(dá)掃描頻率要求較低。但隨著環(huán)境增大，構(gòu)建地圖所需的內(nèi)存和計算量就會變得巨大，因此Gmapping不適合大場景構(gòu)圖。2.基于cartographerslam算法Cartographer是Google推出的一套基于圖優(yōu)化的激光SLAM算法，它同時支持2D和3D激光SLAM，可以跨平臺使用，支持Lidar、IMU、Odemetry、GPS、Landmark等多種傳感器配置。是目前落地應(yīng)用最廣泛的激光SLAM算法之一。cartographer采用基于google開發(fā)的ceres非線性優(yōu)化的方法，基于submap子圖構(gòu)建全局地圖的思想，能有效的避免建圖過程中環(huán)境中移動物體的干擾。并能天然的輸出協(xié)方差矩陣，后端優(yōu)化的輸入項。工程實踐一基于激光雷達(dá)的Gmapping算法構(gòu)建地圖1.下載rosgmapping包，并把算法包放置到工程包里。放置目錄為：~/home/leo/src/mapping。該步驟是在LEO機(jī)器人進(jìn)行。LEO：$cd~/dashgo_wsLEO：$chmod777leo-RLEO：$catkin_makeLEO：$sourcedevel/setup.bash2.PC端遠(yuǎn)程進(jìn)入LEO機(jī)器人，并在LEO機(jī)器人中啟動建圖launch文件。CP：$ssheaibot@00LEO：$roslaunchdashgo_navgmapping_imu.launch3.在電腦PC端啟動rviz（可視化），觀察建圖過程。PC：$exportROS_MASTER_URI=00:11311PC：$roslaunchdashgo_rvizview_navigation.launch工程實踐一基于激光雷達(dá)的Gmapping算法構(gòu)建地圖4.啟動鍵盤操作CP：$ssheaibot@00LEO：$cd~/leo_wsLEO：$sourcedevel/setup.bashLEO：$rosrundashgo_toolsteleop_twist_keyboard.py5.地圖保存建好圖后，使用如下命令保存地圖到規(guī)定的maps文件夾中。PC：$ssheaibot@00LEO：cd~/da