《ROS機(jī)器人操作系統(tǒng)基礎(chǔ)》 課件 項(xiàng)目八　機(jī)器人仿真環(huán)境搭建與仿真操作

任務(wù)一機(jī)器人仿真概述01任務(wù)二搭建仿真場景02任務(wù)三在仿真環(huán)境中實(shí)現(xiàn)SLAM建圖03任務(wù)四在仿真環(huán)境中實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)導(dǎo)航04252任務(wù)一

機(jī)器人仿真概述2531.?了解仿真的概念、內(nèi)容和模型2.?了解仿真軟件Gazebo的功能和特點(diǎn)3.?掌握Gazebo仿真的步驟任務(wù)目標(biāo)254一、仿真簡介仿真通過使用模型復(fù)現(xiàn)實(shí)際系統(tǒng)中的關(guān)鍵過程，通過對系統(tǒng)模型進(jìn)行試驗(yàn)來研究系統(tǒng)的性質(zhì)和行為。仿真也稱為模擬，它涵蓋了物理、數(shù)學(xué)、靜態(tài)、動(dòng)態(tài)、連續(xù)、離散等多種模型類型，不僅適用于電氣、機(jī)械、化工、水力、熱力等各類系統(tǒng)，還可應(yīng)用于社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、管理等領(lǐng)域。當(dāng)研究對象的成本高昂、操作風(fēng)險(xiǎn)高或需要長時(shí)間才能了解參數(shù)變化的情況時(shí)，仿真是一種特別有效的研究手段?；A(chǔ)知識255仿真的過程包括兩個(gè)主要步驟：建立仿真模型和進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。建立仿真模型涉及對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、行為和關(guān)系進(jìn)行建模以及選擇適當(dāng)?shù)姆抡婀ぞ吆图夹g(shù)。進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)根據(jù)模型設(shè)定初始條件和參數(shù)，運(yùn)行仿真程序并收集仿真數(shù)據(jù)，以評估系統(tǒng)的性能和響應(yīng)。通過反復(fù)調(diào)整模型參數(shù)，仿真可以幫助學(xué)習(xí)者深入理解系統(tǒng)的特性、優(yōu)化設(shè)計(jì)和解決問題，是一種安全、經(jīng)濟(jì)、高效的手段。256在機(jī)器人領(lǐng)域，仿真對于驗(yàn)證機(jī)器人行為、測試算法、設(shè)計(jì)控制策略等方面具有重要意義。通過在仿真環(huán)境中模擬機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)、感知和交互，可以減少機(jī)器人的開發(fā)和測試成本，提高開發(fā)效率。同時(shí)，仿真還可以提供可視化展示、數(shù)據(jù)分析和結(jié)果驗(yàn)證等功能，幫助學(xué)習(xí)者更好地理解機(jī)器人系統(tǒng)的運(yùn)行和行為。因此，掌握仿真技術(shù)對于機(jī)器人工程師和研究人員而言是非常重要的技能之一。2571.?仿真內(nèi)容機(jī)器人仿真涵蓋了物性數(shù)據(jù)庫、單元操作模型庫、模型求解算法庫、仿真環(huán)境及其輸入輸出，這些部分共同構(gòu)建了一個(gè)完整的機(jī)器人仿真系統(tǒng)。（1）物性數(shù)據(jù)庫：提供模塊運(yùn)行所需的基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)和物性計(jì)算，包括溫度、壓力、密度等參數(shù)。（2）單元操作模型庫：包括各種模塊，每個(gè)模塊由物料平衡、能量平衡、相平衡、反應(yīng)速率等方程組成的數(shù)學(xué)模型構(gòu)成。這些模型描述了單元操作的行為，如反應(yīng)器、蒸餾塔、傳熱設(shè)備等。258（3）模型求解算法庫：提供各種數(shù)值求解算法，用于解決仿真模型中的線性方程組、非線性方程組、參數(shù)擬合、最優(yōu)化問題等。這些算法能夠?qū)δＰ瓦M(jìn)行求解和優(yōu)化，得到模擬結(jié)果。（4）仿真環(huán)境及其輸入輸出：仿真環(huán)境是管理仿真運(yùn)行的機(jī)構(gòu)，它控制著仿真的進(jìn)行程度和參數(shù)設(shè)置。同時(shí)，仿真環(huán)境還負(fù)責(zé)處理輸入數(shù)據(jù)（如模型參數(shù)、初始條件）并生成輸出結(jié)果（如模擬過程的變量值、曲線圖、動(dòng)畫）。2592.?仿真模型仿真模型是用于對被仿真對象進(jìn)行模擬和研究的相似物或其結(jié)構(gòu)形式。它可以是物理模型或數(shù)學(xué)模型，但并不是所有對象都能夠建立物理模型。在某些情況下，為了研究復(fù)雜系統(tǒng)的行為，只能通過計(jì)算機(jī)來進(jìn)行仿真。260建立仿真模型，首先需要將被仿真對象的行為和特性轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型，這涉及描述對象動(dòng)力學(xué)特性的方程、參數(shù)、約束等。通過對仿真對象進(jìn)行觀察、測量等，可以獲取必要的數(shù)據(jù)來支持模型的建立。數(shù)學(xué)模型建立完成后，需要將其轉(zhuǎn)換成適合計(jì)算機(jī)處理的形式，即生成仿真模型。對于模擬計(jì)算機(jī)，這意味著將數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換成模擬排列圖，以便通過模擬的方式進(jìn)行仿真；而對于數(shù)字計(jì)算機(jī)，則需要將數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可執(zhí)行的源代碼，以便進(jìn)行數(shù)值計(jì)算和仿真實(shí)驗(yàn)。261二、仿真軟件Gazebo1.?Gazebo的功能Gazebo是一個(gè)免費(fèi)的開源機(jī)器人模擬環(huán)境，由WillowGarage開發(fā)，其啟動(dòng)界面如圖所示。262Gazebo啟動(dòng)界面作為一個(gè)為機(jī)器人開發(fā)人員提供多種支持的工具軟件，Gazebo具有以下功能：（1）機(jī)器人模型設(shè)計(jì)。（2）快速原型構(gòu)建與算法測試。（3）使用真空場景進(jìn)行回歸測試。（4）室內(nèi)/室外環(huán)境模擬。（5）傳感器數(shù)據(jù)模擬。支持的傳感器包括激光測距儀、2D/3D相機(jī)、Kinect類傳感器、接觸式傳感器、力—扭矩傳感器等。（6）采用面向?qū)ο蟮膱D形渲染引擎（OGRE）進(jìn)行高級3D對象和環(huán)境建模。2632.?Gazebo的特點(diǎn)Gazebo的特點(diǎn)如下：（1）動(dòng)力學(xué)仿真：支持多種高性能的物理引擎，如ODE、Bullet、SimBody、DART等。（2）三維可視化環(huán)境：支持顯示三維環(huán)境，包括光線、紋理、影子等。（3）傳感器仿真：支持傳感器數(shù)據(jù)的仿真，同時(shí)可以仿真?zhèn)鞲衅髟肼?。?）可擴(kuò)展插件：用戶可以定制開發(fā)插件，擴(kuò)展Gazebo的功能，滿足個(gè)性化需求。264（5）多種機(jī)器人模型：官方提供PR2、Pioneer2DX、TurtleBot等機(jī)器人模型，用戶也可以自己創(chuàng)建機(jī)器人模型。（6）TCP/IP傳輸：可以通過網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程仿真，即在后臺進(jìn)行仿真計(jì)算，然后將仿真結(jié)果傳輸?shù)角芭_顯示。（7）云仿真：仿真可以在Amazon、Softlayer等云端運(yùn)行，也可以在自己搭建的云服務(wù)器上運(yùn)行。（8）終端控制：用戶可以使用Gazebo提供的命令行工具在終端實(shí)現(xiàn)仿真控制。2653.?Gazebo仿真的步驟使用Gazebo軟件進(jìn)行仿真通常包括以下三個(gè)步驟：（1）創(chuàng)建仿真環(huán)境。首先需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)仿真環(huán)境，該環(huán)境可以是室內(nèi)或室外的場景，包括地面、墻壁、障礙物等?？梢酝ㄟ^Gazebo提供的圖形界面或配置文件，添加和調(diào)整環(huán)境中的各種元素，以滿足仿真需求。這樣的仿真環(huán)境能夠?yàn)闄C(jī)器人提供合適的場景和條件，使仿真更加真實(shí)和準(zhǔn)確。266（2）配置機(jī)器人模型。需要在仿真環(huán)境中為機(jī)器人創(chuàng)建相應(yīng)的模型，包括機(jī)器人的外觀、物理屬性、傳感器等。通過Gazebo提供的建模工具或?qū)氍F(xiàn)有的機(jī)器人模型，可以對機(jī)器人進(jìn)行詳細(xì)配置和設(shè)置，包括機(jī)器人的幾何結(jié)構(gòu)、質(zhì)量、關(guān)節(jié)、運(yùn)動(dòng)控制等方面的定義。配置機(jī)器人模型時(shí)，還可以添加傳感器模型，如攝像頭、激光雷達(dá)等，以使仿真更加逼真和全面。267（3）正式啟動(dòng)仿真。仿真環(huán)境和機(jī)器人模型配置完成后，即可正式啟動(dòng)仿真。通過Gazebo的控制界面，可以啟動(dòng)仿真并觀察機(jī)器人在仿真環(huán)境中的運(yùn)動(dòng)和行為，可以通過調(diào)整仿真參數(shù)、設(shè)置機(jī)器人的目標(biāo)和任務(wù)等來探索不同的場景和情境。同時(shí)，Gazebo還提供了豐富的工具和功能，如實(shí)時(shí)調(diào)試、數(shù)據(jù)記錄、可視化分析等，以支持仿真的監(jiān)控和評估。268任務(wù)二

搭建仿真場景2691.?了解Gazebo主界面的組成及各部分的功能2.?能使用Gazebo搭建仿真場景任務(wù)目標(biāo)270Gazebo主界面介紹Gazebo的主界面如圖所示，與RViz的界面非常相似。中央窗口顯示的是Gazebo的3D環(huán)境模型，窗口中的柵格表示環(huán)境模型的地平面，所有的環(huán)境元素都位于地平面之上。與RViz類似，Gazebo使用米或千米作為標(biāo)準(zhǔn)的距離計(jì)量單位。Gazebo還具備與RViz相同的光標(biāo)/鼠標(biāo)控制功能?；A(chǔ)知識271272Gazebo主界面1.?菜單欄菜單欄位于主界面的頂部，提供了Gazebo的基本控制和配置選項(xiàng)，使用戶能夠在仿真環(huán)境中進(jìn)行各種操作。2.?3D視圖區(qū)3D視圖區(qū)是Gazebo主界面的核心區(qū)域，用于顯示仿真環(huán)境的三維模型。用戶可以通過該區(qū)域觀察和控制仿真過程，包括機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)、物體的交互等。2733.?工具欄工具欄位于主界面上方，如圖所示。工具欄提供一系列常用的控制仿真過程的工具，例如，用戶可以在工具欄中選擇不同的工具（如選擇、移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)）來操作模型。274Gazebo工具欄選擇模式：在場景中做標(biāo)注。移動(dòng)模式：選擇要移動(dòng)的模型，可以沿X軸、Y軸、Z軸或任意方向移動(dòng)模型。旋轉(zhuǎn)模式：選擇要旋轉(zhuǎn)的模型，可以沿X軸、Y軸、Z軸或任意方向旋轉(zhuǎn)模型?？s放模式：選擇要縮放的模型，可以沿X軸、Y軸、Z軸或任意方向縮放模型。撤銷/重做：在場景中撤銷/重做動(dòng)作。275基礎(chǔ)形狀：將簡單的形狀插入場景中。照明燈光：將燈光添加到場景中。復(fù)制/粘貼：在場景中復(fù)制/粘貼模型。對齊：將模型對齊。捕捉：將一個(gè)模型捕捉到另一個(gè)模型。切換視圖：從多種角度查看場景。屏幕截圖：將屏幕畫面截圖保存。保存日志：保存Gazebo的運(yùn)行日志。2764.?模型列表模型列表位于主界面的左側(cè)，顯示了當(dāng)前仿真環(huán)境中可用的模型。用戶可以從列表中選擇需要添加或操作的模型，如機(jī)器人、傳感器、物體等。通過拖拽模型到3D視圖區(qū)，用戶可以將其放置到指定位置進(jìn)行仿真。模型列表中有三個(gè)選項(xiàng)卡：World（世界）：該選項(xiàng)卡顯示當(dāng)前場景中的模型并允許用戶查看和修改模型的參數(shù)，用戶還可以展開“GUI”選項(xiàng)并調(diào)整相機(jī)的姿態(tài)以改變視角。277Insert（插入）：該選項(xiàng)卡用于為仿真場景添加新的對象（模型）。用戶需要單擊該選項(xiàng)卡以查看模型列表，然后選中目標(biāo)模型，在場景中單擊鼠標(biāo)左鍵即可將其添加到場景中。Layers（圖層）：該選項(xiàng)卡用于組織并顯示仿真場景中可用的不同可視化組（若有）。每個(gè)圖層可以包含一個(gè)或多個(gè)模型，通過打開或關(guān)閉圖層，用戶可以顯示或隱藏該圖層中的模型。2785.?模型屬性項(xiàng)模型屬性項(xiàng)位于主界面的左側(cè)或右側(cè)，顯示當(dāng)前選定模型的屬性和參數(shù)。用戶可以通過修改屬性項(xiàng)中的數(shù)值或選項(xiàng)來調(diào)整模型的屬性，如位置、大小、質(zhì)量等。這些屬性的調(diào)整將影響仿真過程中模型的行為和相互作用。2796.?時(shí)間顯示區(qū)時(shí)間顯示區(qū)位于主界面底部，如圖所示。用戶可以通過時(shí)間顯示區(qū)來監(jiān)控仿真的進(jìn)程，以便進(jìn)行時(shí)間的調(diào)整和觀察仿真過程的變化。280Gazebo時(shí)間顯示區(qū)模擬時(shí)間（仿真時(shí)間）是指仿真環(huán)境中的時(shí)間，它用于模擬系統(tǒng)中各種事件的發(fā)生和演化。在仿真過程中，可以根據(jù)需要對模擬時(shí)間進(jìn)行加速或減速，這取決于仿真所需的計(jì)算量和精度。與模擬時(shí)間相對應(yīng)的是實(shí)時(shí)時(shí)間（真實(shí)時(shí)間），它是指仿真器經(jīng)歷的實(shí)際時(shí)間。模擬時(shí)間與實(shí)時(shí)時(shí)間的比值稱為實(shí)時(shí)因子（RTF），實(shí)時(shí)因子可以用來衡量仿真運(yùn)行的快慢程度。當(dāng)實(shí)時(shí)因子為1時(shí)，表示模擬時(shí)間與實(shí)時(shí)時(shí)間一致。當(dāng)實(shí)時(shí)因子小于1時(shí)，表示模擬時(shí)間比實(shí)時(shí)時(shí)間快，即仿真加速；當(dāng)實(shí)時(shí)因子大于1時(shí)，表示模擬時(shí)間比實(shí)時(shí)時(shí)間慢，即仿真減速。281實(shí)時(shí)因子的調(diào)整可以根據(jù)仿真的需求和計(jì)算資源的限制進(jìn)行，通過控制實(shí)時(shí)因子，可以使仿真在合理的時(shí)間內(nèi)完成，同時(shí)確保仿真的準(zhǔn)確性和可靠性，實(shí)時(shí)因子的設(shè)定對于仿真過程的控制和結(jié)果的分析都具有重要意義。迭代次數(shù)隨著世界狀態(tài)的迭代而更新，用戶可以在時(shí)間顯示區(qū)的右側(cè)查看迭代次數(shù)。每次迭代都會(huì)將仿真推進(jìn)一個(gè)固定的秒數(shù)，稱為步長。默認(rèn)情況下，步長為1ms。用戶可以單擊暫停按鈕暫停模擬，并通過步進(jìn)按鈕一次性步進(jìn)多步。282任務(wù)三

在仿真環(huán)境中實(shí)現(xiàn)SLAM建圖2831.?了解ROS中的地圖2.?了解SLAM建圖3.?了解Gmapping算法4.?能在仿真中實(shí)現(xiàn)SLAM建圖任務(wù)目標(biāo)284一、ROS中的地圖為了使機(jī)器人順利到達(dá)目的地，機(jī)器人需要描述環(huán)境并對其進(jìn)行認(rèn)知，這主要依賴于地圖。機(jī)器人利用環(huán)境地圖來描述當(dāng)前環(huán)境信息，根據(jù)使用的算法和傳感器的不同，地圖的表示形式也會(huì)有所差異。在機(jī)器人學(xué)中，地圖主要包括柵格地圖、特征地圖、直接表征法地圖和拓?fù)涞貓D。其中，柵格地圖是目前機(jī)器人領(lǐng)域中最常用的。它類似于人們所熟悉的地圖，本質(zhì)上是一張位置圖像，但每個(gè)像素點(diǎn)表示了實(shí)際環(huán)境中障礙物的概率分布?；A(chǔ)知識285在ROS中，地圖通常指的是柵格地圖，它可以被理解為一張常見的灰度圖像。圖像中黑色像素表示障礙物所在區(qū)域，白色像素表示可行區(qū)域，而灰色像素則表示尚未被探索的區(qū)域，如圖所示。286ROS中的地圖地圖在機(jī)器人領(lǐng)域扮演著重要的角色，它是機(jī)器人導(dǎo)航和定位的基礎(chǔ)，機(jī)器人可以借助地圖來感知和理解周圍環(huán)境。利用地圖，機(jī)器人可以規(guī)劃路徑，避開障礙物，實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航。地圖的生成通常需要借助激光雷達(dá)、攝像頭或其他傳感器來進(jìn)行環(huán)境探測，然后根據(jù)探測到的信息生成灰度圖像。這樣的地圖表示方式簡單直觀，方便機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行處理和導(dǎo)航?jīng)Q策。287二、SLAM建圖SLAM（simultaneouslocalizationandmapping）也稱為CML（concurrentmappingandlocalization），意為即時(shí)定位與地圖構(gòu)建，是一種解決機(jī)器人在未知環(huán)境中進(jìn)行自主定位和建圖問題的技術(shù)。簡單來說，SLAM建圖就是讓機(jī)器人在未知環(huán)境中，通過不斷移動(dòng)和觀測，逐步確定自身位置，并構(gòu)建出包含環(huán)境中所有可到達(dá)角落的完整地圖。288SLAM建圖的關(guān)鍵在于準(zhǔn)確地確定機(jī)器人的位置，并將觀測到的地圖信息與機(jī)器人位置進(jìn)行有效關(guān)聯(lián)。為了實(shí)現(xiàn)SLAM建圖，機(jī)器人通常會(huì)借助多種傳感器，如激光雷達(dá)、攝像頭、里程計(jì)等，以獲取環(huán)境信息和機(jī)器人移動(dòng)數(shù)據(jù)。通過融合這些傳感器的數(shù)據(jù)并對其進(jìn)行處理，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人位置和地圖的估計(jì)與更新。SLAM技術(shù)在機(jī)器人領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，如無人車、無人機(jī)、自主導(dǎo)航機(jī)器人等。它為機(jī)器人在未知環(huán)境中的自主定位和導(dǎo)航提供了關(guān)鍵的解決方案，使機(jī)器人能夠在復(fù)雜和動(dòng)態(tài)的環(huán)境中進(jìn)行準(zhǔn)確的定位和建圖，從而實(shí)現(xiàn)各種任務(wù)的完成和路徑規(guī)劃的優(yōu)化。289三、Gmapping算法ROS提供了多種基于2D激光的SLAM算法，包括HectorSLAM、Gmapping、KartoSLAM、CoreSLAM和LagoSLAM。此外，經(jīng)典算法cartographer也被改編為基于ROS的版本cartographer_ros。本任務(wù)將重點(diǎn)介紹Gmapping算法。290Gmapping是一種高效的Rao-Blackwellized粒子濾波器，用于根據(jù)激光雷達(dá)的測量數(shù)據(jù)生成2D柵格地圖。它能夠?qū)崟r(shí)構(gòu)建室內(nèi)地圖，當(dāng)構(gòu)建小型場景地圖時(shí)計(jì)算量較小且具有較高的精度。Gmapping算法的核心思想是通過粒子濾波器對機(jī)器人的位姿進(jìn)行估計(jì)，并使用最大似然法來更新地圖。算法通過建模和匹配激光雷達(dá)的掃描數(shù)據(jù)，利用自適應(yīng)的粒子采樣和權(quán)重更新機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人位置和地圖的聯(lián)合估計(jì)。Gmapping算法在實(shí)際應(yīng)用中已經(jīng)被廣泛驗(yàn)證，并且具有較好的性能。291在ROS中進(jìn)行SLAM建圖時(shí)，使用Gmapping算法構(gòu)建地圖是第一步，也是非常重要的一步，需要配置適當(dāng)?shù)膮?shù)，如地圖分辨率、粒子數(shù)量等，以滿足不同場景的需求。通過運(yùn)行Gmapping節(jié)點(diǎn)，機(jī)器人可以在實(shí)時(shí)更新的地圖中進(jìn)行定位和導(dǎo)航，為后續(xù)的路徑規(guī)劃和自主導(dǎo)航提供準(zhǔn)確的環(huán)境信息。Gmapping的主要框架如圖所示。292293Gmapping的主要框架任務(wù)四

在仿真環(huán)境中實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)導(dǎo)航2941.?了解導(dǎo)航功能包2.?了解地圖的構(gòu)建與定位3.?了解代價(jià)地圖和地圖規(guī)劃4.?能在仿真環(huán)境中實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)導(dǎo)航任務(wù)目標(biāo)295一、導(dǎo)航（navigation）功能包機(jī)器人導(dǎo)航是機(jī)器人的基本功能之一，ROS提供了完整的導(dǎo)航解決方案，包括全局路徑規(guī)劃、局部路徑規(guī)劃、代價(jià)地圖、異常行為恢復(fù)等功能，這些功能被集成在ROS的NavigationStack元功能包中。NavigationStack提供了一套強(qiáng)大而靈活的導(dǎo)航框架，可以適應(yīng)不同類型的機(jī)器人和各種復(fù)雜環(huán)境下的導(dǎo)航需求?；A(chǔ)知識296使用導(dǎo)航功能包的前提條件是機(jī)器人運(yùn)行ROS、發(fā)布tf變換樹和使用ROS消息類型的傳感器數(shù)據(jù)。在使用ROS導(dǎo)航功能包時(shí)，需要對導(dǎo)航參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)配置，包括地圖分辨率、全局和局部路徑規(guī)劃器的參數(shù)、代價(jià)地圖的參數(shù)等。這些參數(shù)可以根據(jù)機(jī)器人的特性和實(shí)際環(huán)境的要求來設(shè)置，以實(shí)現(xiàn)高效、安全和可靠的導(dǎo)航。通過使用ROS導(dǎo)航功能包，機(jī)器人可以在未知環(huán)境中進(jìn)行自主導(dǎo)航，實(shí)現(xiàn)從起始位置到目標(biāo)位置的路徑規(guī)劃和移動(dòng)，為機(jī)器人在實(shí)際應(yīng)用中的任務(wù)執(zhí)行提供了重要支持。297二、地圖的構(gòu)建與定位ROS地圖的構(gòu)建與定位是實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航和環(huán)境感知的關(guān)鍵步驟，它使機(jī)器人能夠在各種復(fù)雜的環(huán)境中移動(dòng)并執(zhí)行任務(wù)。地圖構(gòu)建與定位的實(shí)現(xiàn)依靠環(huán)境感知、位姿估計(jì)、地圖和SLAM算法的結(jié)合，這一組合使機(jī)器人能夠在未知環(huán)境中構(gòu)建地圖，確定自身位置并進(jìn)行自主導(dǎo)航。1.?環(huán)境感知環(huán)境感知指系統(tǒng)具備感知周圍環(huán)境參數(shù)的能力，包括采集傳感器數(shù)據(jù)、語義表達(dá)、語義查詢解析、語義推理等。2982.位姿估計(jì)位姿估計(jì)是指確定目標(biāo)物體在三維空間中的方位和朝向。在機(jī)器人視覺、動(dòng)作跟蹤、單照相機(jī)定標(biāo)等領(lǐng)域，位姿估計(jì)扮演著重要角色。3.地圖地圖在機(jī)器人導(dǎo)航中起著關(guān)鍵作用，是機(jī)器人執(zhí)行自主導(dǎo)航和環(huán)境感知任務(wù)的關(guān)鍵工具之一。ROS中的地圖通常指的是環(huán)境的二維或三維表示，它包含了機(jī)器人所處環(huán)境的關(guān)鍵信息，如障礙物位置、自由空間、地標(biāo)位置等。2994.SLAM算法SLAM算法可以幫助機(jī)器人完成路徑規(guī)劃、自主探索、導(dǎo)航等任務(wù)。通過將SLAM算法與激光雷達(dá)、攝像頭等傳感器相結(jié)合，機(jī)器人能夠高效地繪制室內(nèi)地圖、進(jìn)行智能分析和規(guī)劃環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)自主定位和導(dǎo)航。目前常用的SLAM傳感器主要分為基于視覺的VSLAM（VisualSLAM）和基于激光雷達(dá)的激光SLAM（LidarSLAM），它們能夠幫助機(jī)器人在未知環(huán)境中逐步確定自身的定位并進(jìn)行導(dǎo)航，實(shí)現(xiàn)自主移動(dòng)。300三、代價(jià)地圖（costmap）代價(jià)地圖是機(jī)器人收集傳感器信息建立和更新的二維或三維地圖，如圖所示。代價(jià)地圖中的顏色代表的意