讓機器人構建地圖項目1CONTENT目錄項目導入01項目任務02學習目標03知識鏈接04項目準備05任務實施06任務評價07任務拓展08項目小結09項目導入01項目導入1移動機器人在服務場景中快速準確地從某一起始位置到達目標位置。需要解決兩個基本問題：1.了解自身周邊的環境信息；——建圖2.確定自身在環境中的具體位置。——定位機器人從自身角度獲得地圖，需要定位自己的初始位置，并探索未知區域，稱為即時定位與地圖構建（SLAM）4CONTENT目錄項目導入01項目任務02學習目標03知識鏈接04項目準備05任務實施06任務評價07任務拓展08項目小結09項目任務02項目任務17編譯安裝ROSSLAM源碼包配置電腦與機器人共享ROS環境使用KartoSLAM算法進行地圖構建保存并優化地圖文件01020304CONTENT目錄項目導入01項目任務02學習目標03知識鏈接04項目準備05任務實施06任務評價07任務拓展08項目小結09學習目標03知識目標職業素養目標技能目標1.熟悉移動機器人建圖的概念；2.熟悉控制移動機器人掃圖的方法、步驟和注意事項；3.熟悉ROS環境下的常用命令；4.了解KartoSLAM算法；5.熟悉ROSKartoSLAM功能包基本框架、節點及節點參數的含義；6.熟悉可視化界面rviz對傳感器數據獲取的基本操作。知識目標：知識目標、技能目標、職業素養目標10學習目標31.能正確使用ROS常用命令；2.能完成KartoSLAM源碼包編譯安裝；3.能設置電腦和機器人共享ROS環境；4.能了解并調用ROSKartoSLAM功能包的slam_karto節點；5.能控制機器人進行掃圖；6.能使用可視化界面rviz查看建圖過程和激光數據信息；7.能保存掃描完成的地圖文件；8.能夠讀懂機器人所建地圖的含義，并對保存的地圖文件進行編輯優化。技能目標：1.培養工程的耐心和細心2.提高學生自主學習和持續學習的意識和能力3.培養團隊合作精神。職業素養目標：CONTENT目錄項目導入01項目任務02學習目標03知識鏈接04項目準備05任務實施06任務評價07任務拓展08項目小結09知識鏈接04柵格地圖ROS常用命令行工具掃圖步驟和注意事項機器人可視化工具——rvizTeleop控制機器人KartoSLAM每個柵格以概率的形式表示被占據的概率，存儲非常緊湊，適合于進行路徑規劃。2D激光雷達一般用于室內機器人，如掃地機器人和商用場景中的服務型機器人，建立的地圖常用二維占用柵格地圖（Occupancygridmapping）表示。3D激光雷達多用于無人駕駛領域，其地圖用3D點云圖或三維占用柵格地圖的形式來表示。知識鏈接柵格地圖413知識鏈接掃圖步驟和注意事項4141、在使用激光雷達掃圖的過程中，最好使用鍵盤控制機器人移動。另外，最好選取附近環境比較獨特、相似度較低的位置開始掃圖，不建議在相似度較高的地方開始，比如平整的長走廊（如下所示）或特征相似的辦公室工位（如圖8-5所示），因為這類區域不適合掃圖完成前的回環檢測步驟。2、在一個存在多個分區的環境中，盡量選取環形路線（走之前走過的路線），有助于地圖回環，同時地圖中存在多個環形路線，應當先走小環路線，再走大環路線。如圖所示。知識鏈接ROS常用命令行工具415（1）rosdep命令

Wiki：/rosdep

安裝rosdep

初始化rosdep

檢查和安裝依賴（2）文件系統工具

rospack：獲取軟件包信息/rospackroscd：直接切換（cd）工作目錄到某個軟件包或者軟件包集roscdlog：切換到ROS保存日記文件的目錄下rosls：直接按軟件包的名稱而不是絕對路徑執行ls命令Tab自動補全運行節點node有兩種途徑：通過rosrun命令處理單個node；通過roslaunch命令批量處理，運行多個node及參數配置。（3）rosrun命令Wiki：

/rosbash#rosrun（4）roslaunch命令用來管理node的啟動與停止，一般需要一個或多個后綴為.launch的xml類文件作為參數。Wiki：/roslaunch利用rviz可以很方便地查看ROS建圖、導航功能包集發布的可視化數據知識鏈接機器人可視化工具——rviz416rviz界面介紹：File：用于加載保存配置文件；Panel：用于管理面板。Tools面板：包括交互、移動、測量等，以及一些插件，如2DNavGoal和2DPoseEstimate；Displays面板：其中的樹形列表為已添加配置的顯示項及其參數，樹形列表下面是管理按鈕，可以添加、刪除、重命名顯示項；3D模擬環境的圖形顯示面板；視角管理面板；Time面板：顯示時間、幀率等時參數。知識鏈接機器人可視化工具——rviz417知識鏈接Teleop控制機器人418在機器人建圖過程中，需要控制機器人在實驗場地移動。這需要使用Teleop工具發布速度控制命令控制機器人運動。啟動teleop所使用的命令為：roslaunchcruzr_tutorialsteleop.launch知識鏈接KartoSLAM算法419KartoSLAM算法框架算法采用了SLAM傳統的軟實時（softreal-time）的運行機制，每有一幀數據輸入，即進行處理，其基本流程主要包含：運動更新、掃描匹配、回環檢測、后端優化。主要分為前端和后端：前端包括掃描匹配，以提供估計的姿勢并將地圖構造為圖形；后端是非線性全局優化過程，以消除機器人重訪同一位置時累積的錯誤。知識鏈接KartoSLAM節點介紹420訂閱的話題激光數據：由/scan表示，類型為sensor_msgs/LaserScan；里程計數據：由tf轉換關系表示，需要包含里程計到機器人坐標系的轉換（odom->base_link）及機器人到激光坐標系的轉換（base_link->laser_link）等。發布的話題

/tf：輸出地圖坐標系到里程計坐標系的變換（map->odom）；/map：創建的地圖；/map_metadata：創建的地圖的信息；/visualization_marker_array：建圖算法中的圖網絡CONTENT目錄項目導入01項目任務02知識鏈接04項目準備05學習目標03任務評價07任務拓展08項目小結09任務實施06項目準備05項目準備523檢查機器人急停開關，若急停開關被按下，需將其旋開一臺配置有Ubuntu18.04+ROSmelodic環境或虛擬機環境的電腦電腦和機器人處于同一局域網網段，且網絡連接正常實驗場地沒有影響或遮蔽激光雷達探測的障礙物01020304CONTENT目錄項目導入01項目任務02知識鏈接04任務實施06學習目標03任務評價07任務拓展08項目小結09項目準備05任務實施06編譯安裝SLAM源碼包PC端和機器人共享ROS環境使用KartoSLAM進行環境地圖的構建保存并優化地圖文件任務實施編譯安裝SLAM源碼包626ssh連接機器人進入/cruzr_open目錄解壓縮：tar-xvfcruzr_edu_open_V1.1.0.tar編譯：

catkin_make任務實施PC端和機器人共享ROS環境627PC端使用vim命令行工具編輯~/.bashrc文件，按提示輸入密碼：在文件最后添加主機與從機的配置。任務實施PC端和機器人共享ROS環境628然后通過同樣的操作編輯/etc/hosts文件，在最后添加??機器人的IP和定義的名稱“ubt-robot”重啟終端或在當前終端執行:source~/.bashrc可查看是否能ping通ubt-robot，若成功，然后執行rostopiclist，查看是否出現機器人端的topic，若沒有topic，則~/.bashrc文件中ROS_MASTER_URI設置錯誤:任務實施PC端和機器人共享ROS環境629執行rostopicecho/odom，查看是否出現機器人的里程計信息，若沒有信息輸出，檢查hosts文件是否正確。任務實施使用KartoSLAM進行環境地圖的構建630進入目錄/ftpDownload，并查看目錄下文件：任務實施使用KartoSLAM進行環境地圖的構建631配置slam算法環境

由于機器人Cruzr擁有兩套slam算法，一套為自帶USLAM算法，一套為開源算法KartoSLAM，當我們要使用開源算法進行建圖時，則需要將slam_algorithm.sh文件中第八行的slam_algorithm=’uslam’這行代碼注釋掉。任務實施使用KartoSLAM進行環境地圖的構建632配置完成后，同樣在機器人端，進入目錄/cruzr_open，并配置工作環境:運行cruzr_tutorials功能包中的launch文件開啟kartoslam算法建圖:任務實施使用KartoSLAM進行環境地圖的構建633回到PC端，打開新的終端（同樣需要/cruzr_open配置工作環境），進入cruzr_tutorials功能包中的/rviz目錄，啟動rviz可視化工具，實時觀察創建的地圖:任務實施使用KartoSLAM進行環境地圖的構建634這里rviz界面加載了karto_mapping.rviz，一個已經配置好的rviz界面文件，如圖所示任務實施使用KartoSLAM進行環境地圖的構建635控制機器人移動這里控制機器人底盤移動的方式有兩種：第一種：通過機器人遙控器節點；第二種：通過機器人頭部屏幕的“手推模式”。在不太空曠的場景里，建議通過第二種方式更安全方便。第一種方式的開啟命令是roslaunchcruzr_tutorialsteleop.launch，就可以啟動cruzr_tutorials功能包中的機器?遙控器，使用鍵盤控制機器?運動。調節線速度為0.7，角速度為0.5，調節命令為：roslaunchcruzr_tutorialsteleop.launchspeed:=0.7turn:=0.7。任務實施使用KartoSLAM進行環境地圖的構建636控制機器人移動進行建圖通過rviz觀察機器人建圖信息：TF坐標系關系：圖中紅綠相間的部分代表機器人的坐標系，可放大查看；激光數據：紅點表示激光當前掃描的地方；kartoslam算法創建的地圖：白色：已掃描的無障礙區域；黑色：已掃描的障礙區域，如墻壁、柜子等；灰色：未掃描的區域。karto算法關鍵幀信息和路徑：藍色線條代表機器人走過的路徑。任務實施使用KartoSLAM進行環境地圖的構建637控制機器人移動進行建圖當我們進行較大場景的建圖時，由于激光雷達累計誤差的影響，走重復路徑時機器人的位姿可能有一定的偏差，需要等待回環檢測進行修正，以降低建圖誤差。回環檢測優化前地圖回環檢測優化后地圖任務實施使用KartoSLAM進行環境地圖的構建638建圖完成當我們掃描完一塊區域后，就可以保存地圖用于后續導航。掃圖完成示例任務實施保存并優化地圖文件639

在rviz中觀察到地圖結構完整，完成建圖任務后，保存地圖，示例如下：rosrunmap_servermap_saver-f<地圖名稱>掃圖完成時（左）和保存的地圖（右）任務實施保存并優化地圖文件640編輯優化地圖(a)原始地圖(b)去噪后地圖由于地圖中會出現部分噪點和障礙物，若直接使用該地圖進行導航，可