实验编号： 实验指导书 实验项目： 机器人导航包 所属课程： ROS机器人操作系统基础与实战 课程代码： 面向专业： 机电专业 课程负责人： 朱笑笑 年月 日
实验编号： 实 验 指 导 书 实验项目： 机器人导航包 所属课程: ROS 机器人操作系统基础与实战 课程代码: 面向专业: 机电专业 课程负责人: 朱笑笑 年 月 日
一、实验目的 让学生掌握导航包中机器人的搭建方法。掌握导航包需要的一些信息量，对 导航包的工作流程有直观的了解。 二、 实验内容 1. 创建transform 2. 发布传感器信息 3. 发布里程计信息 4. 创建一个基座控制器 5. 创建一个环境地图 二、 实验过程或其他示意图 导航包提供了一组使用传感器、里程仪，和对机器人进行标准化控制的算法集合。可以 让你的机器人从一个位置移动到另外一个位置，而不发生意外情况如，碰撞、堵在一个位置 或者走丢了。 可以认为这个包可以用在任何移动机器人的导航应用中，但是也需要针对不同的机器人 平台做一些配置文件修改或者写一些node来调用这个导航包的功能等等。 在使用导航包前机器人必须满足一些要求： 导航包只能处理差分驱动器和全向轮机器人。机器人的形状必须是正方形或长方形。 但是，它也可以用双足机器人做某些事情，比如机器人定位，只要机器人不做侧身移动。 它要求机器人发布有关所有的关节和传感器的位置之间关系的信息。 机器人能够接受线性速度和角速度的控制 平面激光必须安装在机器人上用以创建地图和定位。或者，你可以生成一些相当于几个 激光或一个声纳，或者你可以把这些值投影到地面上，如果传感器安装在机器人的另一 个位置。 下图显示了导航包的组织结构。在白色实线框的里面是导航包提供的信息。深灰色虚线框是 可以选择的node,浅灰色虚线框内是机器人平台需要提供的node。 -2
- 2 - 一、 实验目的 让学生掌握导航包中机器人的搭建方法。掌握导航包需要的一些信息量，对 导航包的工作流程有直观的了解。 二、 实验内容 1. 创建transform 2. 发布传感器信息 3. 发布里程计信息 4. 创建一个基座控制器 5. 创建一个环境地图 三、 实验过程或其他示意图 导航包提供了一组使用传感器、里程仪，和对机器人进行标准化控制的算法集合。可以 让你的机器人从一个位置移动到另外一个位置，而不发生意外情况如，碰撞、堵在一个位置 或者走丢了。 可以认为这个包可以用在任何移动机器人的导航应用中，但是也需要针对不同的机器人 平台做一些配置文件修改或者写一些 node 来调用这个导航包的功能等等。 在使用导航包前机器人必须满足一些要求： 导航包只能处理差分驱动器和全向轮机器人。 机器人的形状必须是正方形或长方形。 但是，它也可以用双足机器人做某些事情，比如机器人定位，只要机器人不做侧身移动。 它要求机器人发布有关所有的关节和传感器的位置之间关系的信息。 机器人能够接受线性速度和角速度的控制 平面激光必须安装在机器人上用以创建地图和定位。或者，你可以生成一些相当于几个 激光或一个声纳，或者你可以把这些值投影到地面上，如果传感器安装在机器人的另一 个位置。 下图显示了导航包的组织结构。在白色实线框的里面是导航包提供的信息。深灰色虚线框是 可以选择的 node，浅灰色虚线框内是机器人平台需要提供的 node
"move base_simple/goal" geometry_msgs/PoseStamped map_server amcl nove_base /map" nav msgs/GetMap giobal_planner global_costmap intema nav msgs/Pa ecovery beha transtorms sensor topics ocaI olann cal_costmap provided node optional provided node platform specific node 1. 创建transform 导航包需要知道传感器，车轮和关节相对于机器人的位置。 为此，我们使用TF(Transform Frames)软件库。TF管理一个变换树。当然你可以手 动用数学公式来做这个变换，但是如果有很多帧需要计算，这会有点复杂和凌乱。 利用TF,我们可以为机器人添加更多的传感器和部件，而T℉将会为我们处理好所有的位 姿关系。 如果我们把激光放在坐标系base_1ink的原点以上20厘米，以后10厘米的我们需要添加 在转换树中添加一个带有这些偏移量的新的坐标系。 一旦插入和创建成功，我们可以很容易地知道激光 相对于base_link或车轮的位置。我们唯一需要做的是调用TF库并获得这个转换。 1.1发布传感器信息 在chapter7?_tutorials/src下创建一个新文件名为tf_broadcaster.cpp,输入一下代码 #include <ros/ros.h> #include <tf/transform_broadcaster.h> int main(int argc,char**argv)( ros::init(argc,argv,"robot_tf_publisher"); ros::NodeHandle n; ros::Rate r(100); tf::TransformBroadcaster broadcaster; while(n.ok0){ broadcaster.sendTransform( tf::StampedTransform( tf::Transform(tf::Quaternion(0,0,0,1),tf::Vector3(0.1, 0.0,0.2) 3
- 3 - 1. 创建transform 导航包需要知道传感器，车轮和关节相对于机器人的位置。 为此，我们使用TF（Transform Frames）软件库。TF管理一个变换树。 当然你可以手 动用数学公式来做这个变换，但是如果有很多帧需要计算，这会有点复杂和凌乱。 利用TF，我们可以为机器人添加更多的传感器和部件，而TF将会为我们处理好所有的位 姿关系。 如果我们把激光放在坐标系base_link的原点以上20厘米，以后10厘米的我们需要添加 在转换树中添加一个带有这些偏移量的新的坐标系。 一旦插入和创建成功，我们可以很容易地知道激光 相对于base_link或车轮的位置。 我们唯一需要做的是调用TF库并获得这个转换。 1.1发布传感器信息 在chapter7_tutorials/src下创建一个新文件名为tf_broadcaster.cpp,输入一下代码 #include <ros/ros.h> #include <tf/transform_broadcaster.h> int main(int argc, char** argv){ ros::init(argc, argv, "robot_tf_publisher"); ros::NodeHandle n; ros::Rate r(100); tf::TransformBroadcaster broadcaster; while(n.ok()){ broadcaster.sendTransform( tf::StampedTransform( tf::Transform(tf::Quaternion(0, 0, 0, 1), tf::Vector3(0.1, 0.0, 0.2))
ros::Time::now(,"base_link","base_laser")); r.sleep(; } 在CMakelist.txt中添加以下代码创建新的可执行文件 rosbuild_add_executable(tf_broadcaster src/tf_broadcaster.cpp) 这样我们可以创建另一个node来使用这个变换，可以得到传感器坐标系的一个点在 base link坐标系下的坐标。 1.2创建一个监听器 在chapter77_tutorials/src下创建一个新文件名为tf_listener.cpp,输入一下代码 #include <ros/ros.h> #include <geometry_msgs/PointStamped.h> #include <tf/transform_listener.h> void transformPoint(const tf::TransformListener&listener){ //we'll create a point in the base_laser frame that we'd like to transform to the base_link frame geometry_msgs::PointStamped laser_point; laser_point.header.frame_id ="base_laser"; //we'll just use the most recent transform available for our simple example laser_point.header.stamp ros::Time0; //just an arbitrary point in space laser_point.point.x =1.0; laser_point.point.y =2.0; laser_point.point.z =0.0; geometry_msgs::PointStamped base_point; listener.transformPoint("base_link",laser_point,base_point); ROS_INFO("base_laser:(%.2f,%.2f.%.2f)----->base_link:(%.2f, %.2f,%.2f)at time %.2f", laser_point.point.x,laser_point.point.y,laser_point.point.z, base_point.point.x,base_point.point.y,base_point.point.z, base_point.header.stamp.toSec(); ROS_ERROR("Received an exception trying to transform a point from -4-
- 4 - ros::Time::now(),"base_link", "base_laser")); r.sleep(); } } 在CMakelist.txt中添加以下代码创建新的可执行文件 rosbuild_add_executable(tf_broadcaster src/tf_broadcaster.cpp) 这样我们可以创建另一个node来使用这个变换，可以得到传感器坐标系的一个点在 base_link坐标系下的坐标。 1.2创建一个监听器 在chapter7_tutorials/src下创建一个新文件名为tf_listener.cpp,输入一下代码 #include <ros/ros.h> #include <geometry_msgs/PointStamped.h> #include <tf/transform_listener.h> void transformPoint(const tf::TransformListener& listener){ //we'll create a point in the base_laser frame that we'd like to transform to the base_link frame geometry_msgs::PointStamped laser_point; laser_point.header.frame_id = "base_laser"; //we'll just use the most recent transform available for our simple example laser_point.header.stamp = ros::Time(); //just an arbitrary point in space laser_point.point.x = 1.0; laser_point.point.y = 2.0; laser_point.point.z = 0.0; geometry_msgs::PointStamped base_point; listener.transformPoint("base_link", laser_point, base_point); ROS_INFO("base_laser: (%.2f, %.2f. %.2f) -----> base_link: (%.2f, %.2f, %.2f) at time %.2f", laser_point.point.x, laser_point.point.y, laser_point.point.z, base_point.point.x, base_point.point.y, base_point.point.z, base_point.header.stamp.toSec()); ROS_ERROR("Received an exception trying to transform a point from
\"base_laser to \"base_link\":%s",ex.what(); int main(int argc,char**argv)( ros::init(argc,argv,"robot_tf_listener"); ros::NodeHandle n; tf::TransformListener listener(ros::Duration(10)); //we'll transform a point once every second ros::Timer timer n.createTimer(ros::Duration(1.0), boost::bind(&transformPoint,boost::ref(listener))); ros::spin(; } 同样在CMakelist..tbxt中添加新可执行文件。编译包并运行两个node rosmake chapter7_tutorials rosrun chapter7_tutorials tf_broadcaster rosrun chapter7_tutorials tf_listener 可以在终端上获得以下输出 [INFO][1368521854.336910465J:base_laser::(1.00,2.00.0.00)--> base_link:(1.10,2.00,0.20)at time1368521854.33 [INFo][1368521855.336347545J:base_laser::(1.00,2.00.0.00)--> base_link:(1.10,2.00,0.20)at time1368521855.33 这就意味着在节点中发布的相对于base_laser的一个(1,2,0)的点，在base_Iink中的位 置为(1.1,2,0.2)。 这样可以看到，tf函数库提供了所以需要数学函数可以用来获得一个点或者joit在其他 坐标系中的位姿。 一个TF树定义了所有不同坐标系间的移动和旋转变换。 测试以下例子，进一步理解℉。使用前面D模型和仿真实验中完成的一个小车，并在车 背上添加一个其它的laser -5-
- 5 - \"base_laser\" to \"base_link\": %s", ex.what()); } int main(int argc, char** argv){ ros::init(argc, argv, "robot_tf_listener"); ros::NodeHandle n; tf::TransformListener listener(ros::Duration(10)); //we'll transform a point once every second ros::Timer timer = n.createTimer(ros::Duration(1.0), boost::bind(&transformPoint, boost::ref(listener))); ros::spin(); } 同样在CMakelist.txt中添加新可执行文件。编译包并运行两个node $ rosmake chapter7_tutorials $ rosrun chapter7_tutorials tf_broadcaster $ rosrun chapter7_tutorials tf_listener 可以在终端上获得以下输出 [ INFO] [1368521854.336910465]: base_laser: (1.00, 2.00. 0.00) -----> base_link: (1.10, 2.00, 0.20) at time 1368521854.33 [ INFO] [1368521855.336347545]: base_laser: (1.00, 2.00. 0.00) -----> base_link: (1.10, 2.00, 0.20) at time 1368521855.33 这就意味着在节点中发布的相对于base_laser的一个（1,2,0）的点，在base_link中的位 置为（1.1,2，0.2）。 这样可以看到，tf函数库提供了所以需要数学函数可以用来获得一个点或者joint在其他 坐标系中的位姿。 一个TF树定义了所有不同坐标系间的移动和旋转变换。 测试以下例子，进一步理解TF。使用前面3D模型和仿真实验中完成的一个小车，并在车 背上添加一个其它的laser