cartographer跑自己的数据包-2d建图篇（laser+Imu建图篇）

(猫崽子生病了,这一段时间忙着给它看病,花了好多钞票了!哎!)
相信大家装cartographer都可以跑通官网上的示例教程，所以，博主就在这里写一些跑自己数据包的经验，一呢，作为记录，预防自己老年健忘，二呢，跟大家分享一下经验。
如标题所示，博主用的是激光雷达数据和IMU数据进行建图。

硬件:北科天绘16线机械激光雷达,水平视角360度,10hz/s.惯导:诺瓦泰惯导系统,这个应该是全世界最好的惯导系统了吧.(如果不是,才疏学浅,孤陋寡闻,请见谅)
软件:Ubuntu1604,ROS-Kinetic,cartographer框架
(建议:改动文件建议自己复制源文件进行新建文件改动，源文件作为保留用。)
废话不多说,开始吧!

1. 第一步,确定硬件之间的坐标转换关系.
   根据上面所说,我用到了一个多线雷达和IMU,所以在跑数据时必须要有这两个传感器的TF树变换关系.在cartographer中,用的是URDF文件进行构建该关系,当然,后来我在实车测试时屏蔽了这个文件,直接用车上的tf变换关系也是可以的,只要加入imu到激光雷达的变化即可.cartographer的urdf文件定义在~/catkin_cartographer/install_isolated/share/cartographer_ros/urdf$中,名字自己要记住,比如我的是"minibus.urdf",要说的是,在源文件夹里的urdf其实可以不用配置.下面会详细讲到.
   如下我的urdf文件:

<!--
  Copyright 2016 The Cartographer Authors

  Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
  you may not use this file except in compliance with the License.
  You may obtain a copy of the License at

       http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0

  Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
  distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
  WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
  See the License for the specific language governing permissions and
  limitations under the License.
-->

<robot name="mini">
  <material name="orange">
    <color rgba="1.0 0.5 0.2 1" />
  </material>
  <material name="gray">
    <color rgba="0.2 0.2 0.2 1" />
  </material>

  <link name="imu">
    <visual>
      <origin xyz="0 0 0" />
      <geometry>
        <box size="0.06 0.04 0.02" />
      </geometry>
      <material name="orange" />
    </visual>
  </link>
  <link name="lidar_mid">
    <visual>
      <origin xyz="0 0 0" />
      <geometry>
        <cylinder length="0.05" radius="0.03" />
      </geometry>
      <material name="gray" />
    </visual>
  </link>


  <joint name="imu2lidar" type="fixed">
    <parent link="lidar_mid" />
    <child link="imu" />
    <origin xyz="0 0 0" />
  </joint>

</robot>

这里稍作解释:里面首先定义了两个坐标系,一个imu 的,一个雷达的,变换关系是通过joint关节信息进行添加,要根据你们自己实际情况进行添加,博主太懒,所以,变换参数懒得去填写了,依然是跑的通的.

2. 第二步,准备数据,这个不麻烦,自己准备2d数据包即可,实在找不到的,博主这里附上自己的2d数据包,名字是2d.bag,自行下载.
   链接: https://pan.baidu.com/s/1zBTHFrH0_8b5pzh4wOSfYg 提取码: 6375 复制这段内容后打开百度网盘手机App，操作更方便哦

里面是我通过3d点云转过来的数据.

3. 第三步,配置文件条理,这个步骤其实不复杂,只是每在配置文件夹里改一次,就要去源文件夹里做一下相同的修改.先贴路径,
   配置文件夹路径:
   
   源文件夹路径:

~/catkin_cartographer/src/cartographer_ros/cartographer_ros/

这两个文件夹里最主要的东西都是一样的,configuration_files是存储.lua的文件夹,launch是存储启动命令的文件夹,urdf是存储小车模型的文件夹.
**注意:**配置文件夹里的urdf决定了你的小车的模型,即TF树,源文件夹里的urdf你可以不用管.
而urdf文件在上面有说过了.

4. 第四步,开始配置:
   1.首先,进入配置文件夹里的configuration_files文件夹,新建my_robot.lua文件(你可以复制原本的backpack_2d.lua,然后修改内容).我的文件内容如下:

include "map_builder.lua"
include "trajectory_builder.lua"

options = {
  map_builder = MAP_BUILDER,
  trajectory_builder = TRAJECTORY_BUILDER,
  map_frame = "map",
  tracking_frame = "imu",  #这里用到了imu,所以跟踪的是imu,如果只用雷达,把这个写lidar_mid
  published_frame = "lidar_mid",
  odom_frame = "odom",
  provide_odom_frame = false,#我不用里程计
  publish_frame_projected_to_2d = false,
  use_pose_extrapolator = false,
  use_odometry = false,
  use_nav_sat = false,#不用GPS
  use_landmarks = false,
  num_laser_scans = 1,#雷达个数
  num_multi_echo_laser_scans = 0,
  num_subdivisions_per_laser_scan = 1,#这个参数必须要填,>=1,博主目前也没搞明白.
  num_point_clouds = 0,#3d的话这里要改,2d填0
  lookup_transform_timeout_sec = 0.2,
  submap_publish_period_sec = 0.3,
  pose_publish_period_sec = 5e-3,
  trajectory_publish_period_sec = 30e-3,
  rangefinder_sampling_ratio = 1.,
  odometry_sampling_ratio = 1.,
  fixed_frame_pose_sampling_ratio = 1.,
  imu_sampling_ratio = 1.,
  landmarks_sampling_ratio = 1.,
}

MAP_BUILDER.use_trajectory_builder_2d = true
TRAJECTORY_BUILDER_2D.num_accumulated_range_data = 1

return options

保存退出,进入同级目录的launch文件夹下,新建demo_my_robot.launch文件(可复制backpack_2d.launch,然后修改),内容如下

<launch>
  <param name="robot_description"
    textfile="$(find cartographer_ros)/urdf/minibus.urdf" />#这里是你第一步定义的urdf文件

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

  <node name="cartographer_node" pkg="cartographer_ros"
      type="cartographer_node" args="
          -configuration_directory $(find cartographer_ros)/configuration_files
          -configuration_basename my_robot.lua"#这里是你刚才新建的lua文件
      output="screen">
    <remap from="scan" to="/scan" />#这里是我的2d包里雷达话题/Scan到carto框架Scan的映射
    <remap from="imu" to="/imu" />
  </node>

  <node name="cartographer_occupancy_grid_node" pkg="cartographer_ros"
      type="cartographer_occupancy_grid_node" args="-resolution 0.05" />
</launch>

注意:用的时候要删除我的汉字注释,xml文件的注释方式不是#,博主只是懒的打那些符号了.
然后,在该文件夹里找到demo_backpack_2d.launch文件,用gedit打开修改成:

<launch>
  <param name="/use_sim_time" value="true" />

  <include file="$(find cartographer_ros)/launch/demo_my_robot.launch" />#这里是你刚才建立的launch文件

  <node name="rviz" pkg="rviz" type="rviz" required="true"
      args="-d $(find cartographer_ros)/configuration_files/demo_2d.rviz" />
  <node name="playbag" pkg="rosbag" type="play"
      args="--clock $(arg bag_filename)" />
</launch>

保存退出到同级目录中,进入urdf文件夹,检查minibus.urdf文件是否存在,且里面坐标变换关系是否正确.至此,配置文件夹里的改动结束.

5.第五步, 配置源文件夹里的文件.
步骤按照配置文件夹里的配置步骤来,懒的话,直接复制过去也是可以的.

6.第六步, 检查两个文件夹里做了相同的配置之后,保存退出到工作空间路径:

cd ~
cd ~/catkin_cartographer/
catkin_make_isolated --install --use-ninja
source devel_isolated/setup.bash

7. 第七步,至此,所有步骤搞定,来试试吧:

cd ~
cd ~/catkin_cartographer/
source devel_isolated/setup.bash
roslaunch cartographer_ros demo_backpack_2d.launch bag_filename:=~/2d.bag

不出意外你将会看到这个(csdn好像不能插动图,反正允许插入动图博主也不会,才疏学浅,孤陋寡闻,各位请见谅!)

8. 保存地图
   这里统一默认将地图保存为.pbstream的格式，当你觉得图建的不错 时候，另起终端，输入如下两条命令。

cd catkin_cartographer/
source devel_isolated/setup.bash
rosservice call /finish_trajectory 0
rosservice call /write_state "{filename: '${HOME}/Downloads/mymap.pbstream'}"

至此，完工，建好的图也被保存在了Home/Download/路径下，名字为mymap.pbstream。

建图过程中,默认开了全局的闭环,所以你能清晰看到路径修正.效果很棒,个人感觉,不要太棒了!不过,后面测试定位的 时候发现,室内2d建图加纯定位模式成功了,但在室外,纯定位用不了.下一篇,想出一篇配置参数的含义的文章.
(博主今天刚刚实车测试了3d,效果更棒,不管是室内室外都不影响,而且室外定位相当稳,哈哈哈哈,这个后面我会再出一篇来讲的.)