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Turtlebot3+Cartographer配置运行_galactic turtlebot3 cartographer

作者：我家自动化 | 2024-07-24 22:12:51

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galactic turtlebot3 cartographer
一、安装Cartographer

  1. 首先安装ubuntu对应的ROS内核版本（如：Noetic、Melodic、Lunar等版本，注意：要和ubuntu的版本对应）。

ros对应不同的ubuntu版本有不同的版本名字：

ubuntu16.04对应ros-kinetic；

ubuntu18.04对应ros-melodic；

ubuntu20.04对应ros-noetic。

如在Ubuntu20.04上，要安装ros应该用：

sudo apt-get install ros-noetic-desktop-full

参考：https://blog.csdn.net/qaqlalala/article/details/127818168

  1. 再安装cartographer_ros

参考：

（1）官网：https://google-cartographer-ros.readthedocs.io/en/latest/compilation.html#building-installation

（2）保姆级别的安装：https://blog.csdn.net/m0_45805756/article/details/126309855

（3）常见的update错误解决方法：https://blog.csdn.net/Kenny_GuanHua/article/details/116845781

注意：我的cartographer_ros安装目录是google_ws

二、安装Turtlebot3

  1. 安装Turtlebot3

将Turtlebot3安装在cartographer_ros安装目录中，这是因为方便环境变量设置，否则，可能找不到cartographer算法模块。

turtlebot3_simulations：包含了更丰富的仿真文件（如一些rviz和gazebo的launch文件）

turtlebot3：功能包中继承了了TurtleBot3的机器人文件、SLAM和导航功能包、遥控功能包和bringup功能包等

turtlebot3包下载地址：https://github.com/ROBOTIS-GIT/turtlebot3

turtlebot3_simulations包下载地址：https://github.com/ROBOTIS-GIT/turtlebot3_simulations

turtlebot3 wiki简介：http://wiki.ros.org/turtlebot3

主要是两种型号：Burger 和 Waffle Pi：

参数如下：

  1. cd ~/google_ws/src
  2. git clone https://github.com/ROBOTIS-GIT/turtlebot3.git
  3. git clone https://github.com/ROBOTIS-GIT/turtlebot3_simulations.git
  4. cd ..
  5. rosdep install --from-paths src --ignore-src --rosdistro=${ROS_DISTRO} -y
  6. catkin_make_isolated

  1. 启动Turtlebot3仿真环境

首先启动一个Terminal窗口

（1）设置环境变量：source ~/google_ws/devel_isolated/setup.bash

（2）设置默认的 TURTLEBOT3_MODEL。turtlebot3有三个版本，burger、waffle和waffle_pi，其中waffle_pi版本中配备的传感器最全面。

（3）运行。turtlebot3_gazebo是turtlebot3的包名，turtlebot3_stage_4.launch是要运行的文件名称。

这一步的作用是先创建好一个需要仿真的模拟环境。

  1. source ~/google_ws/devel_isolated/setup.bash
  2. export TURTLEBOT3_MODEL=burger
  3. roslaunch turtlebot3_gazebo turtlebot3_stage_4.launch

  1. 开始建图

再新建一个Terminal窗口，运行：

  1. source ~/google_ws/devel_isolated/setup.bash
  2. export TURTLEBOT3_MODEL=burger
  3. roslaunch turtlebot3_slam turtlebot3_slam.launch slam_methods:=cartographer configuration_basename:=turtlebot3_lds_2d_gazebo.lua

这一步的功能是调用相应的建图算法对上一步的环境进行建图。（slam_methods:=cartographer指定SLAM建图算法是cartographer）

每一个terminal都要运行：source ~/google_ws/devel_isolated/setup.bash和export TURTLEBOT3_MODEL=burger，设置环境变量。

  1. source ~/google_ws/devel_isolated/setup.bash
  2. export TURTLEBOT3_MODEL=burger

turtlebot3_slam是turtlebot3的包名；slam_methods:=cartographer是设置slam的算法（支持gmapping, cartographer, hector, karto, frontier_exploration这几个slam算法）；configuration_basename:=turtlebot3_lds_2d_gazebo.lua可以自行设置lua配置文件。

这一步中会自动调用rviz，对建图过程进行可视化。

  1. 手动控制建图

再新建一个Terminal窗口，运行如下命令打开键盘控制界面，可以通过键盘控制机器人进行移动，从而完成建图。

  1. source ~/google_ws/devel_isolated/setup.bash
  2. export TURTLEBOT3_MODEL=burger
  3. roslaunch turtlebot3_teleop turtlebot3_teleop_key.launch

通过键盘进行控制小车的运行。

w和x：线速度；

a和d：角速度；

s：停止

三、分析

（1）首先看看roslaunch命令行：

roslaunch turtlebot3_gazebo turtlebot3_stage_4.launch

这句话是说：调用turtlebot3_gazebo功能包中的turtlebot3_stage_4.launch文件来启动仿真环境。

我们来看看配置文件turtlebot3_stage_4.launch：

目录：google_ws/src/turtlebot3_simulations/turtlebot3_gazebo/launch/turtlebot3_stage_4.launch

  1. <launch>
  2.   <arg name="model" default="$(env TURTLEBOT3_MODEL)" doc="model type [burger, waffle, waffle_pi]"/>
  3.   <arg name="x_pos" default="-0.7"/>
  4.   <arg name="y_pos" default="0.0"/>
  5.   <arg name="z_pos" default="0.0"/>
  6.  
  7.   <!--首先启动一个empty_world.launch（空的world），这个world的参数有：world_name、pauseduse_sim_time等-->
  8.   <include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch">
  9.     <arg name="world_name" value="$(find turtlebot3_gazebo)/worlds/turtlebot3_stage_4.world"/>
  10.     <arg name="paused" value="false"/>
  11.     <arg name="use_sim_time" value="true"/>
  12.     <arg name="gui" value="true"/>
  13.     <arg name="headless" value="false"/>
  14.     <arg name="debug" value="false"/>
  15.   </include>  
  16.  
  17.  
  18.   <param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro --inorder $(find turtlebot3_description)/urdf/turtlebot3_$(arg model).urdf.xacro" />
  19.   
  20.   <!--最后启动一个节点spawn_urdf，属于gazebo_ros包，类型是spawn_model，传入上述的arg参数-->
  21.   <node name="spawn_urdf" pkg="gazebo_ros" type="spawn_model" args="-urdf -model turtlebot3_burger -x $(arg x_pos) -y $(arg y_pos) -z $(arg z_pos) -param robot_description" />
  22.  
  23. </launch>

（2）再来看看命令：

source ~/google_ws/devel_isolated/setup.bash

export TURTLEBOT3_MODEL=burger

roslaunch turtlebot3_slam turtlebot3_slam.launch slam_methods:=cartographer configuration_basename:=turtlebot3_lds_2d_gazebo.lua

这个命令是：调用turtlebot3_slam功能包中的turtlebot3_slam.launch文件启动建图功能，参数是：slam_methods和configuration_basename。

a.首先我们来看看配置文件turtlebot3_lds_2d_gazebo.lua。

目录：google_ws/src/turtlebot3/turtlebot3_slam/config/turtlebot3_lds_2d_gazebo.lua

  1. #turtlebot3_lds_2d_gazebo.lua
  2.  
  3. -- Copyright 2016 The Cartographer Authors
  4. --
  5. -- Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
  6. -- you may not use this file except in compliance with the License.
  7. -- You may obtain a copy of the License at
  8. --
  9. --      http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
  10. --
  11. -- Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
  12. -- distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
  13. -- WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
  14. -- See the License for the specific language governing permissions and
  15. -- limitations under the License.
  16.  
  17. include "map_builder.lua"
  18. include "trajectory_builder.lua"
  19.  
  20. options = {
  21.   map_builder = MAP_BUILDER,
  22.   trajectory_builder = TRAJECTORY_BUILDER,
  23.   map_frame = "map", --地图坐标系的名字
  24.   tracking_frame = "base_footprint", -- imu_link, If you are using gazebo, use 'base_footprint' (libgazebo_ros_imu's bug)
  25.   published_frame = "odom", -- 设置为tf树最顶端的坐标系名称，设置完成后cartographer会发布map->published_frame的坐标系
  26.   odom_frame = "odom", -- 里程计的坐标系名字
  27.   provide_odom_frame = false, -- 是否提供odom的tf, 如果为true,则tf树为map->odom->footprint，如果为false，则tf树为map->published_frame
  28.   publish_frame_projected_to_2d = false, -- 是否将坐标系投影到平面上，一般为false
  29.   use_odometry = true, --是否使用里程计,如果使用要求一定要有odom的tf
  30.   use_nav_sat = false, --是否使用gps
  31.   use_landmarks = false, --是否使用landmark 
  32.   num_laser_scans = 1, --是否使用单线激光数据并设置订阅topic的数量
  33.   num_multi_echo_laser_scans = 0, --是否使用multi_echo_laser_scans并设置订阅topic的数量
  34.   num_subdivisions_per_laser_scan = 1, --1帧数据被分成几次处理,一般为1
  35.   num_point_clouds = 0, -- 是否使用16线点云数据
  36.   lookup_transform_timeout_sec = 0.2,-- 查找tf时的超时时间
  37.   submap_publish_period_sec = 0.3,-- 发布数据的时间间隔
  38.   pose_publish_period_sec = 5e-3,
  39.   trajectory_publish_period_sec = 30e-3,
  40.   -- 传感器数据的采样频率
  41.   rangefinder_sampling_ratio = 1., --设置为0.1则表示每10帧数据使用1帧数据
  42.   odometry_sampling_ratio = 1.,
  43.   fixed_frame_pose_sampling_ratio = 1.,
  44.   imu_sampling_ratio = 1.,
  45.   landmarks_sampling_ratio = 1.,
  46. }
  48. --修改之前5个lua文件参数可以使用这种方式
  50. MAP_BUILDER.use_trajectory_builder_2d = true -- 进行2D建图
  52. TRAJECTORY_BUILDER_2D.min_range = 0.1 --激光的最近有效距离
  53. TRAJECTORY_BUILDER_2D.max_range = 3.5 --激光最远的有效距离
  54. TRAJECTORY_BUILDER_2D.missing_data_ray_length = 3. --无效激光数据设置距离为该数值
  55. TRAJECTORY_BUILDER_2D.use_imu_data = true --是否使用imu数据
  56. TRAJECTORY_BUILDER_2D.use_online_correlative_scan_matching = true
  57. TRAJECTORY_BUILDER_2D.motion_filter.max_angle_radians = math.rad(0.1)
  59. POSE_GRAPH.constraint_builder.min_score = 0.65
  60. POSE_GRAPH.constraint_builder.global_localization_min_score = 0.7
  62. return options

b.我们再来看看启动文件

目录：google_ws/src/turtlebot3/turtlebot3_slam/launch/turtlebot3_slam.launch

  1. <!-- turtlebot3_slam.launch -->
  2. <launch>
  3.   <!-- Arguments -->
  4.   <!-- 自己可以设置模型的名称，如：burger, waffle, waffle_pi，一般通过export TURTLEBOT3_MODEL=burger来设置 -->
  5.   <arg name="model" default="$(env TURTLEBOT3_MODEL)" doc="model type [burger, waffle, waffle_pi]"/>
  6.   <!-- 自己可以设置slam算法 -->
  7.   <arg name="slam_methods" default="gmapping" doc="slam type [gmapping, cartographer, hector, karto, frontier_exploration]"/>
  8.   <!-- 配置文件的路径，默认是turtlebot3_lds_2d.lua，但是该参数在命令行中被指定为：turtlebot3_lds_2d_gazebo.lua -->
  9.   <arg name="configuration_basename" default="turtlebot3_lds_2d.lua"/>
  10.   <!-- true：表示默认启动rviz -->
  11.   <arg name="open_rviz" default="true"/>
  12.  
  13.   <!-- TurtleBot3 -->
  14.   <!-- 启动TurtleBot3包中robot的外形配置文件 -->
  15.   <include file="$(find turtlebot3_bringup)/launch/turtlebot3_remote.launch">
  16.     <arg name="model" value="$(arg model)" />
  17.   </include>
  18.  
  19.   <!-- SLAM: Gmapping, Cartographer, Hector, Karto, Frontier_exploration, RTAB-Map -->
  20.   <!-- 启动TurtleBot3的算法配置文件 -->
  21.   <include file="$(find turtlebot3_slam)/launch/turtlebot3_$(arg slam_methods).launch">
  22.     <arg name="model" value="$(arg model)"/>
  23.     <arg name="configuration_basename" value="$(arg configuration_basename)"/>
  24.   </include>
  25.  
  26.   <!-- rviz -->
  27.   <!-- 启动vriz配置文件 -->
  28.   <group if="$(arg open_rviz)"> 
  29.     <node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz" required="true"
  30.           args="-d $(find turtlebot3_slam)/rviz/turtlebot3_$(arg slam_methods).rviz"/>
  31.   </group>
  32. </launch>

c.我们看看TurtleBot3包中robot的外形配置文件turtlebot3_remote.launch

google_ws/src/turtlebot3/turtlebot3_slam/turtlebot3_bringup/launch/turtlebot3_remote.launch

  1. <launch>
  2.   <arg name="model" default="$(env TURTLEBOT3_MODEL)" doc="model type [burger, waffle, waffle_pi]"/>
  3.   <!-- 多机协同，默认为空 -->
  4.   <arg name="multi_robot_name" default=""/>
  5.  
  6.   <!-- 使用include函数将description.launch.xml文件包含进来 -->
  7.   <include file="$(find turtlebot3_bringup)/launch/includes/description.launch.xml">
  8.     <arg name="model" value="$(arg model)" />
  9.   </include>
  10.  
  11.   <node pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" name="robot_state_publisher">
  12.     <param name="publish_frequency" type="double" value="50.0" />
  13.     <param name="tf_prefix" value="$(arg multi_robot_name)"/>
  14.   </node>
  15. </launch>

d.我们看看description.launch.xml文件

目录：google_ws/src/turtlebot3/turtlebot3_slam/turtlebot3_bringup/launch/includes/description.launch.xml

  1. <launch>
  2.   <arg name="model"/>
  3.   <!--使用xacro类型的文件来描述robot的外形，并用xacro命令进行解析，最后形成urdf类型文件，方便gazebo识别-->
  4.   <!--urdf描述语言不能进行逻辑判断等高级操作，而xacro类型文件支持高级语法，如变量定义、逻辑判断-->
  5.   <arg name="urdf_file" default="$(find xacro)/xacro --inorder '$(find turtlebot3_description)/urdf/turtlebot3_$(arg model).urdf.xacro'" />
  6.   <param name="robot_description" command="$(arg urdf_file)" />
  7. </launch>

f.最后我们看看我们看看turtlebot3_$(arg model).urdf.xacro文件，由于model我们通过export TURTLEBOT3_MODEL=burger命令设置为burger，所以，该文件是：turtlebot3_burger.urdf.xacro

目录：google_ws/src/turtlebot3/turtlebot3_description/urdf/turtlebot3_burger.urdf.xacro

注意base_link和base_footprint的区别：

base_link是固定在机器人本体上的坐标系，通常选择机器人腰部。

base_footprint表示机器人base_link原点在地面上的投影，区别base_link之处是其“z”坐标不同。

一般为了模型不陷入地面，base_footprint的“z”坐标比base_link高。

  1. <?xml version="1.0" ?>
  2. <robot name="turtlebot3_burger" xmlns:xacro="http://ros.org/wiki/xacro">
  3.   <xacro:include filename="$(find turtlebot3_description)/urdf/common_properties.xacro"/>
  4.   <xacro:include filename="$(find turtlebot3_description)/urdf/turtlebot3_burger.gazebo.xacro"/>
  5.  
  6.   <link name="base_footprint"/>
  7.   
  8.   <!--设置joint(关节名为base_joint)，将base_link连接到base_footprint上面-->
  9.   <joint name="base_joint" type="fixed">
  10.     <parent link="base_footprint"/>
  11.     <child link="base_link"/>
  12.     <!--相对于base_footprint坐标系，base_link在base_footprint上方0.01米处，没有旋转-->
  13.     <origin xyz="0.0 0.0 0.010" rpy="0 0 0"/>
  14.   </joint>
  15.  
  16.   <link name="base_link">
  17.     <visual>
  18.       <origin xyz="-0.032 0 0.0" rpy="0 0 0"/>
  19.       <geometry>
  20.         <mesh filename="package://turtlebot3_description/meshes/bases/burger_base.stl" scale="0.001 0.001 0.001"/>
  21.       </geometry>
  22.       <material name="light_black"/>
  23.     </visual>
  24.  
  25.     <collision>
  26.       <origin xyz="-0.032 0 0.070" rpy="0 0 0"/>
  27.       <geometry>
  28.         <box size="0.140 0.140 0.143"/>
  29.       </geometry>
  30.     </collision>
  31.  
  32.     <inertial>
  33.       <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
  34.       <mass value="8.2573504e-01"/>
  35.       <inertia ixx="2.2124416e-03" ixy="-1.2294101e-05" ixz="3.4938785e-05"
  36.                iyy="2.1193702e-03" iyz="-5.0120904e-06"
  37.                izz="2.0064271e-03" />
  38.     </inertial>
  39.   </link>
  40.  
  41.   <joint name="wheel_left_joint" type="continuous">
  42.     <parent link="base_link"/>
  43.     <child link="wheel_left_link"/>
  44.     <origin xyz="0.0 0.08 0.023" rpy="-1.57 0 0"/>
  45.     <axis xyz="0 0 1"/>
  46.   </joint>
  47.  
  48.   <link name="wheel_left_link">
  49.     <visual>
  50.       <origin xyz="0 0 0" rpy="1.57 0 0"/>
  51.       <geometry>
  52.         <mesh filename="package://turtlebot3_description/meshes/wheels/left_tire.stl" scale="0.001 0.001 0.001"/>
  53.       </geometry>
  54.       <material name="dark"/>
  55.     </visual>
  56.  
  57.     <collision>
  58.       <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
  59.       <geometry>
  60.         <cylinder length="0.018" radius="0.033"/>
  61.       </geometry>
  62.     </collision>
  63.  
  64.     <inertial>
  65.       <origin xyz="0 0 0" />
  66.       <mass value="2.8498940e-02" />
  67.       <inertia ixx="1.1175580e-05" ixy="-4.2369783e-11" ixz="-5.9381719e-09"
  68.                iyy="1.1192413e-05" iyz="-1.4400107e-11"
  69.                izz="2.0712558e-05" />
  70.       </inertial>
  71.   </link>
  72.  
  73.   <joint name="wheel_right_joint" type="continuous">
  74.     <parent link="base_link"/>
  75.     <child link="wheel_right_link"/>
  76.     <origin xyz="0.0 -0.080 0.023" rpy="-1.57 0 0"/>
  77.     <axis xyz="0 0 1"/>
  78.   </joint>
  79.  
  80.   <link name="wheel_right_link">
  81.     <visual>
  82.       <origin xyz="0 0 0" rpy="1.57 0 0"/>
  83.       <geometry>
  84.         <mesh filename="package://turtlebot3_description/meshes/wheels/right_tire.stl" scale="0.001 0.001 0.001"/>
  85.       </geometry>
  86.       <material name="dark"/>
  87.     </visual>
  88.  
  89.     <collision>
  90.       <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
  91.       <geometry>
  92.         <cylinder length="0.018" radius="0.033"/>
  93.       </geometry>
  94.     </collision>
  95.  
  96.     <inertial>
  97.       <origin xyz="0 0 0" />
  98.       <mass value="2.8498940e-02" />
  99.       <inertia ixx="1.1175580e-05" ixy="-4.2369783e-11" ixz="-5.9381719e-09"
  100.                iyy="1.1192413e-05" iyz="-1.4400107e-11"
  101.                izz="2.0712558e-05" />
  102.       </inertial>
  103.   </link>
  104.  
  105.   <joint name="caster_back_joint" type="fixed">
  106.     <parent link="base_link"/>
  107.     <child link="caster_back_link"/>
  108.     <origin xyz="-0.081 0 -0.004" rpy="-1.57 0 0"/>
  109.   </joint>
  110.  
  111.   <link name="caster_back_link">
  112.     <collision>
  113.       <origin xyz="0 0.001 0" rpy="0 0 0"/>
  114.       <geometry>
  115.         <box size="0.030 0.009 0.020"/>
  116.       </geometry>
  117.     </collision>
  118.  
  119.     <inertial>
  120.       <origin xyz="0 0 0" />
  121.       <mass value="0.005" />
  122.       <inertia ixx="0.001" ixy="0.0" ixz="0.0"
  123.                iyy="0.001" iyz="0.0"
  124.                izz="0.001" />
  125.     </inertial>
  126.   </link>
  127.  
  128.   <joint name="imu_joint" type="fixed">
  129.     <parent link="base_link"/>
  130.     <child link="imu_link"/>
  131.     <origin xyz="-0.032 0 0.068" rpy="0 0 0"/>
  132.   </joint>
  133.  
  134.   <link name="imu_link"/>
  135.  
  136.   <joint name="scan_joint" type="fixed">
  137.     <parent link="base_link"/>
  138.     <child link="base_scan"/>
  139.     <origin xyz="-0.032 0 0.172" rpy="0 0 0"/>
  140.   </joint>
  141.  
  142.   <!--Laser link的配置-->
  143.   <link name="base_scan">
  144.     <visual>
  145.       <origin xyz="0 0 0.0" rpy="0 0 0"/>
  146.       <geometry>
  147.         <mesh filename="package://turtlebot3_description/meshes/sensors/lds.stl" scale="0.001 0.001 0.001"/>
  148.       </geometry>
  149.       <material name="dark"/>
  150.     </visual>
  151.  
  152.     <collision>
  153.       <origin xyz="0.015 0 -0.0065" rpy="0 0 0"/>
  154.       <geometry>
  155.         <cylinder length="0.0315" radius="0.055"/>
  156.       </geometry>
  157.     </collision>
  158.  
  159.     <inertial>
  160.       <mass value="0.114" />
  161.       <origin xyz="0 0 0" />
  162.       <inertia ixx="0.001" ixy="0.0" ixz="0.0"
  163.                iyy="0.001" iyz="0.0"
  164.                izz="0.001" />
  165.     </inertial>
  166.   </link>
  167.  
  168. </robot>
参考文献

https://blog.csdn.net/m0_71775106/article/details/128303582

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