【ROS】移動機器人導航仿真（3）——定位（amcl）和路徑規劃（move_base）

在前一節中，采用gmapping包實作了機器人工作環境的地圖建構，這一節将利用amcl包和move_base包實作移動機器人的自主導航。至此已完成整個移動機器人導航仿真的工作，完整代碼見：http://download.csdn.net/detail/wangchao7281/9717920

amcl

amcl是移動機器人在2D環境中的機率定位系統。它實作了自适應（或KLD采樣）蒙特卡羅定位方法，其使用粒子濾波器來針對已知的地圖跟蹤機器人的位姿。目前情況下，該節點僅能使用雷射掃描資料和雷射雷達地圖來工作。它可以通過修改代碼以擴充到其他傳感器資料。

amcl接收基于雷射的地圖，雷射掃描和tf變換消息，并輸出位姿估計。在啟動時，amcl根據提供的參數初始化其粒子濾波器。注意，如果沒有設定初始化參數，則根據預設值初始濾波器狀态将是以（0,0,0）為中心的中等大小的粒子雲。在rviz中可以通過2D Pose Estimate按鈕來初始化位姿。

在ROS自帶的檔案中，

rospack find amcl

/examples/amcl_diff.launch支援差分驅動機器人平台，而amcl_omni.launch 支援全向移動機器人平台。

在啟動launch檔案前，可以配置一系列的參數來滿足系統的要求。其中比較重要的幾個參數如下：

1. 參數min_particles和max_particles設定了算法運作所允許的粒子最小和最大數量。粒子數越多，結果越精确，CPU消耗也越高。

2. 參數laser_model_type用于配置雷射雷達的類型。

3. 參數laser_likehood_max_dist用于設定地圖中障礙物膨脹的最大距離，使用此參數前提是laser_type_model選擇了likehood_field模式。

詳見：http://wiki.ros.org/amcl

move_base

move_base包提供了一個動作的實作（參見actionlib包），在地圖上給定一個目标，move_base将會規劃出路徑并使機器人避開障礙物進而到達目标。詳見：http://wiki.ros.org/move_base

move_base節點将全局導航和局部導航連結在一起以完成其導航任務。全局導航用于建立到地圖上最終目标或一個遠距離目标的路徑，局部導航用于建立到近距離目标和為了臨時躲避障礙物的路徑，例如機器人四周一個4x4 m的方形視窗。

move_base節點支援任何遵循nav_core包中指定的nav_core :: BaseGlobalPlanner接口的全局規劃以及任何遵循nav_core包中指定的nav_core :: BaseLocalPlanner接口的局部規劃。move_base節點還維護兩個代價地圖，分别為全局代價地圖和局部代價地圖。

在運作move_base節點之前需要四個配置檔案，這些文建定義了一系列相關參數，包括越過障礙物的代價、機器人的半徑、路勁規劃時的需要考慮未來多長的路，機器人的的最大速度等等，四個配置檔案分别如下

- base_local_palnner_params.yaml

- costmap_common_params.yaml

- global_costmap_params.yaml

- local_costmap_params.yaml

具體的參數配置資訊參見http://wiki.ros.org/base_local_planner、http://wiki.ros.org/costmap_2d

部落客在仿真過程中發現對導航效果有較大影響的參數如下：

1.基本局部規劃器配置（base_local_palnner_params.yaml）

- max_vel_x：機器人的最大線速度，機關是 m/s，對于室内機器人來說0.5就已經很快了。

- max_rotation_vel：機器人的最大旋轉速度，機關是 rad/s，不要把這個值設的過高，不然機器人會錯過目标方向。

- yaw_goal_tolerance：至多距離目标方向的偏差，把這個值設的太小可能會導緻機器人在目标附近徘徊。

- xy_goal_tolerance：至多距離目标位置的偏差，把這個值設的太小可能會導緻機器人在目标附近徘徊。注意：不要把最大誤差設定的比地圖分辨率還小，否則機器人會一直在目标附近徘徊而永遠到不了目标。

- pdist_scale：全局路徑規劃和到達目的之間的權重。

- gdist_scale：到達目的位置和全局路徑規劃之間的權重。

2.代價地圖共同的參數配置（costmap_common_params.yaml）

- inflation_radius：地圖上障礙物的膨脹半徑，機關為 m，如果機器人不能很好的通過狹窄的地方，則稍微減小這個值，相反，如果機器人不斷的撞到東西，則稍微增大這個值。

仿真實作

首先啟動機器人模型

<launch>
  <!-- these are the arguments you can pass this launch file, for example paused:=true -->
  <arg name="paused" default="true"/>
  <arg name="use_sim_time" default="true"/>
  <arg name="gui" default="true"/>
  <arg name="headless" default="false"/>
  <arg name="debug" default="false"/>
  <remap from="robot/laser/scan" to="/scan"/>

  <include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch">
    <arg name="world_name" value="$(find nav_sim)/urdf/wall.world"/>
    <arg name="use_sim_time" value="$(arg use_sim_time)"/>
    <arg name="debug" value="$(arg debug)" />
    <arg name="gui" value="$(arg gui)" />
  </include>

  <!-- Load the URDF into the ROS Parameter Server -->
  <arg name="model" default="$(find nav_sim)/urdf/myrobot.xacro" />
  <param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro.py $(arg model)" />

  <!-- Run a python script to send a service call the gazebo_ros to spawn a URDF robot -->
  <node name="urdf_spawner" pkg="gazebo_ros" type="spawn_model" respawn="false" output="screen"
    args="-urdf -model robot -param robot_description -z 0.05"/> 
  <node name="rviz" pkg="rviz" type="rviz" args="-d $(find nav_sim)/urdf/navigation.rviz"/>

  <node name="joint_state_publisher" pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" />
  <node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="state_publisher"/>

</launch>

然後啟動amcl和move_base

<?xml version="1.0"?>

<launch>

  <!-- Run the map server -->
   <node name="map_server" pkg="map_server" type="map_server" args="$(find nav_sim)/maps/map.yaml" output="screen"/>

  <include file="$(find amcl)/examples/amcl_diff.launch" >
  </include> 

  <node pkg="move_base" type="move_base" respawn="false" name="move_base" output="screen">
    <param name="controller_frequency" value="10.0"/>
    <param name="controller_patiente" value="15.0"/>
    <rosparam file="$(find nav_sim)/launch/costmap_common_params.yaml" command="load" ns="global_costmap" />
    <rosparam file="$(find nav_sim)/launch/costmap_common_params.yaml" command="load" ns="local_costmap" />
    <rosparam file="$(find nav_sim)/launch/local_costmap_params.yaml" command="load" />
    <rosparam file="$(find nav_sim)/launch/global_costmap_params.yaml" command="load" />
    <rosparam file="$(find nav_sim)/launch/base_local_planner_params.yaml" command="load" />
  </node>

</launch>