ros入门（九）----ros navigation

一、navigation 概述

navigation 功能包属于元功能包，元功能包中由于没有src目录，因此无需添加任何依赖项，因为这个功能包没有自己的专属功能，它的功能是借助其他功能包的功能实现的。

元功能包中2个重要的文件：
（1） CMakelist.txt 文件
用于指定功能包之间的依赖关系

（2）package.xml文件
用于声明元功能包所依赖的其他功能包

<buildtool_depend>catkin</buildtool_depend>

  <exec_depend>rospy</exec_depend> 
  <exec_depend>tf</exec_depend> 
  <exec_depend>geometry_msgs</exec_depend> 
  <exec_depend>nav_msgs</exec_depend> 
  <exec_depend>sensor_msgs</exec_depend> 

  <exec_depend>slam_gmapping</exec_depend>
  <exec_depend>cartographer</exec_depend>
  <exec_depend>cartographer_ros</exec_depend>
  <exec_depend>slam_karto</exec_depend>
  <exec_depend>hector_slam</exec_depend>

  <exec_depend>amcl</exec_depend>
  <exec_depend>move_base</exec_depend>
  <exec_depend>map_server</exec_depend>
  <exec_depend>dwa_local_planner</exec_depend>
  <exec_depend>teb_local_planner</exec_depend>
  <exec_depend>global_planner</exec_depend>
  <exec_depend>navfn</exec_depend>

  <!-- The export tag contains other, unspecified, tags -->
  <export>
    <!-- Other tools can request additional information be placed here -->
  </export>

其中，<export> ... </export> 代表这个功能包是元功能包。

二、环境配置

系统：Ubuntu18.04
ros：melodic

三、源码安装

cd  ~/catkin_ws/src
git clone https://github.com/ros-planning/navigation/tree/melodic-devel
cd ..
catkin_make -DCATKIN_WHITELIST_PACKAGES='map_server'
catkin_make -DCATKIN_WHITELIST_PACKAGES='amcl'
catkin_make -DCATKIN_WHITELIST_PACKAGES='move_base'

编译过程中遇到的问题：
（1) 编译报错“Could NOT find SDL(missing: SDL_LIBRARYSDL_INCLUDE_DIR)”，执行指令：

sudo apt-get install libsdl1.2-dev  

（2）编译报错“Could NOT find SDL_image(missing:SDL_IMAGE_LIBRARIES SDL_IMAGE_INCLUDE_DIRS)”，执行指令：

sudo apt-get install libsdl-image1.2-dev

（3）编译报错“Could not find a package configuration file provided by “base_local_planner” with any of the following names”，执行命令：

sudo apt-get install ros-melodic-base-local-planner 

四、二进制安装

navigation可以通过源码安装，也可以通过二进制安装：

sudo apt install ros-<ROS_DISTRO>-navigation
sudo apt install ros-<ROS_DISTRO>-gmapping
sudo apt install ros-<ROS_DISTRO>-map-server

注意：/opt/ros/melodic/share 和 /opt/ros/melodic/lib 是ros中两个重要的路径，是二进制安装路径

五、导航的主要流程

（1）加载地图
navigation通过map_server加载现有地图，地图包含两部分，地图文件和地图描述yaml， YAML 格式:

image: testmap.pgm
resolution: 0.1
origin: [0.0, 0.0, 0.0]
occupied_thresh: 0.65
free_thresh: 0.196
negate: 0

image : 照片路径，绝对路径或者YAML文件所在的相对路径
resolution : 分辨率，米/像素
origin ：图片最左下角像素在地图中的2d位置 (x,y,yaw)，yaw为逆时针偏转，当yaw=0时没有偏转，许多系统会忽略yaw。
occupied_thresh：大于这个阀值的占用概率的像素被认为occupied
free_thresh：小于这个阀值的占用概率的像素被认为是free
negate ：是否对white/black free/occupied定于的语义进行翻转，对occupied_thresh/free_thresh无影响

map_server加载地图：

rosrun map_server map_server  xxx/xx/mapName.yaml
rosrun map_server map_saver -f mapName   ## 保存地图

（2）AMCL定位
ros的定位是amcl包实现的，最为核心的是include目录和src目录,map自然是处理地图的了，pf就是算法的核心粒子滤波（particle filter），sensors就是处理雷达跟里程计传感器的，在这些之上还有一个amcl_node.cpp，用来实现功能的聚合，对外提供简洁的接口。

amcl定位：可以估算机器人在地图坐标系/map下的位姿信息，提供/base、/odom、/map之间的TF变换。
amcl包的输入输出：
输入：地图，雷达数据，里程计
输出：小车pose (x, y, w)

更多详情链接：WIKI

(3) move_base路径规划
move_base为导航的核心框架，主要的配置文件：local_costmap_params.yaml、global_costmap_params.yaml和costmap_common_params.yaml
全局路径规划(gloable_planner)：使用 Dijkstra 或 A* 算法进行全局路径规划；局部路径规划(local_planner)：DWA 或者 TEB

更多详情链接：WIKI

六、launch文件集成

cd ~catkin_ws/src
git clone https://github.com/LFZ1994/robot_navigation.git  
carkin_make

地图已经提前建好，新建导航launch文件：

<launch>
    <!-- Arguments -->
    <arg name="map_file" default="$(find robot_navigation)/maps/map0818.yaml"/>
    <arg name="simulation" default= "false"/> 
    <arg name="planner"  default="dwa" doc="opt: dwa, teb"/> 
    <arg name="open_rviz" default="false"/>
    
    <!-- Map server -->
    <node pkg="map_server" name="map_server" type="map_server" args="$(arg map_file)">
      <param name="frame_id" value="map"/>
    </node>

    <!-- AMCL -->
    <node pkg="amcl" type="amcl" name="amcl" output="screen">
      <rosparam file="$(find robot_navigation)/param/$(env BASE_TYPE)/amcl_params.yaml" command="load" />
      <param name="initial_pose_x"            value="0.0"/>
      <param name="initial_pose_y"            value="0.0"/>
      <param name="initial_pose_a"            value="0.0"/>
    </node>

    <!-- move_base -->
    <include file="$(find robot_navigation)/launch/move_base.launch" >
      <arg name="planner"            value="$(arg planner)"/>
      <arg name="simulation"            value="$(arg simulation)"/>
    </include>

    <!-- rviz -->
    <group if="$(arg open_rviz)"> 
        <node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz" required="true"
          args="-d $(find robot_navigation)/rviz/navigation.rviz"/>
     </group>

</launch>

更多详情参考ROS导航安装及实现

编译遇到的问题：

问题1: Couldn’t transform from base_laser_link to base_footprint, even though the message notifier is in use

解决：amcl_params.yaml 中base_frame_id 和车体保持一致base_link

问题2： Timed out waiting for transform from base_footprint to map to become available before running costmap, tf error: canTransform: source_frame base_footprint does not exist… canTransform returned after 0.100814 timeout was 0.1.

解决：costmap_param.yaml中：robot_base_frame: base_link （原因同上）

问题3： global_costmap: Pre-Hydro parameter “static_map” unused since “plugins” is provided

解决：local_costmap_param.yaml global_costmap_param.yaml  删除掉或者注释：static_map   因为ROS中已经提供了这两个的插件，我们又在move_base的参数文件中设置了但没用到，只需要删除掉即可

问题4：Failed to create the dwa_local_planner/DWAPlannerROS planner, are you sure it is properly registered and that the containing library is built? Exception: Could not find library corresponding to plugin dwa_local_planner/DWAPlannerROS. Make sure the plugin description XML file has the correct name of the library and that the library actually exists.

解决：sudo apt-get install ros-melodic-dwa-local-planner

参考资料：
Wiki
机器人SLAM与自主导航