两轮差速底盘SLAM系列(8)--gmapping建图

前言

在继续看本文之前，你需要完成下面的前提条件：

• 上位机ROS和底层STM32之间可以正常互相收发数据；
• 编写好了键盘控制节点，可以发布Twist速度话题信息；
• 可以通过Twist速度话题信息控制小车移动；
• 可以采集激光雷达深度信息；
• 可以发布里程计信息；
• 可以发布TF坐标变换。

根据move_base功能框图可以知道，想要实现建图导航功能，还需要提供地图信息。ROS开源社区汇集了多种SLAM算法，可以直接使用或进行二次开发，这里我使用的gmapping功能包。

gmapping功能包

目前来讲是最成熟也是用得最多的一种SLAM功能包。

从上图可以看出，我们只需要给gmapping功能包提供深度信息、IMU信息、里程计信息，它就可以生成输出栅格地图话题信息。

安装gmapping

sudo apt install ros-kinetic-gmapping

如果之前没有安装move_base，使用以下命令安装：

sudo apt install ros-kinetic-move-base

栅格地图取值原理

• 致命障碍：栅格值为254，障碍与机器人的中心重合，此时机器人必然与障碍物发生碰撞。
• 内切障碍：栅格值为253，障碍物处于机器人轮廓的内切圆内，此时机器人也必然与障碍物发生碰撞。
• 外切障碍：栅格值为252~128，障碍物处于机器人的轮廓的外切圆内，此时机器人与障碍物临界接触，不一定发生碰撞。
• 非自由空间：栅格值为128~0，障碍物附近区域，一旦机器人进入该区域，将有较大概率发生碰撞，属于危险警戒区。机器人应该尽量避免进入。
• 自由区域：栅格值为0，此处没有障碍物，机器人可以自由通过。
• 未知区域：栅格值为255，此处还没有探知是否有障碍物，机器人可以前往继续建图。

配置gmapping节点

SLAM算法已经在gmapping功能包中实现，我们暂时不需要深入理解算法的实现原理（想要深入理解的可以查看相关的论文资料），现在我们只需要关注如何借助其提供的接口实现相应功能。

现在来创建一个运行gmapping节点的launch文件，进行节点的相关参数配置。进入agv_car功能包目录下的launch文件夹，创建一个gmapping.launch文件：

roscd agv_car/launch/
gedit gmapping.launch

文件代码如下：

<launch>
    
  <node name="slam_gmapping" pkg="gmapping" type="slam_gmapping">
    <param name="odom_frame" value="odom"/>
    <param name="base_frame" value="base_link"/>
    <param name="map_frame" value="map"/>
    <!-- remap -->
    <remap from="scan" to="/scan"/>
  </node>

  <!-- Set a static coordinate transformation from /base_link to /base_footprint -->
  <node pkg="tf" type="static_transform_publisher" name="basefootprint_to_baselink" args="0 0 0 0 0 0 /base_footprint /base_link 40" />

</launch>

文件包含了三部分：

1. gmapping参数配置，这里的配置参数我只写出来少数几个，其它的参数不进行配置它会有默认值，具体参数配置说明可以查看gmapping功能包介绍。

2. tf坐标变换，/base_footprint与/base_link之间的关系。

机器人SLAM

新建launch文件

首先启动机器人，发布SLAM所需要的深度信息、里程计信息，并接受运动控制Twist指令。启动的节点有点多，可以使用launch文件启动，在agv_car功能包launch文件夹下创建一个base.launch文件：

roscd agv_car/launch
gedit base.launch

文件代码如下：

<launch>
    <!-- 启动base_control节点，发布里程计信息和tf变换 -->
    <node pkg="agv_car" type="base_control" name="base_control" />

    <!-- 启动keyboard_control节点，发布Twist运动控制指令 -->
    <node pkg="agv_car" type="keyboard_control" name="keyboard_control" />
</launch>

再创建一个gmapping_demo.launch文件：

gedit gmapping_demo.launch

文件代码如下：

<launch>
  <!-- 启动激光雷达 -->
  <include file="$(find agv_car)/launch/laser4.launch" />

  <!-- 启动gmapping -->
  <include file="$(find agv_car)/launch/gmapping.launch" />

  <!-- rviz -->	
  <node name="rviz" pkg="rviz" type="rviz" args="-d $(find agv_car)/rviz/mapping.rviz"/>

</launch>

启动gmapping建图

roslaunch agv_car base.launch 
roslaunch agv_car gmapping_demo.launch 

现在可以使用键盘控制机器人运动，进行建图了。

保存地图

建图完成后，在 agv_car功能包创建maps文件夹保存地图文件：

roscd agv_car
mkdir map
cd map
rosrun map_server map_saver -f map

分别生成一个map.pgm图像文件和一个map.yaml配置文件

.pgm图像文件：

该图像文件可以后续使用软件进行编辑修改，例如：可以添加一堵墙、添加一些障碍物或者去掉一些障碍物等，进行人为修正地图。

.yaml配置文件：