Ros—RPLIDAR A2激光雷达开箱测试与hector_mapping算法建图测试

rplidar连接与ROS主机，即树莓派、工控机等;

ROS从机观测室内地图，即PC、或者虚拟机。

前提：已配置好多机通讯，安装好了ubuntu系统以及ROS系统，并且USB口可是别设备。

1、基本性能

        RPLIDAR A2 的典型旋转频率为 10hz (600rpm),在典型旋转频率下可以实现 0.45°的角度分辨率，RPLIDAR 采用了激光三角测距技术，每秒8000 次 的高速激光测距采样能力,可以实现在二维平面的 12 米半径范围内进行 360 度全方位的激光测距扫描,并产生所在空间的平面点云地图信息。

2、工作原理

       每次测距过程中,RPLIDAR 将发射经过调制的红外激光信号,该激光信号在照射到目标物体后产生的反光将被RPLIDAR 的视觉采集系统接收,然后经过嵌入在 RPLIDAR 内部的 DSP 处理器实时解算,被照射到的目标物体与 RPLIDAR 的距离值以及当前的夹角信息将从通讯接口中输出。在电机机构的驱动下,RPLIDAR 的测距核心将顺时针旋转,从而实现对周围环境的 360 度全方位扫描测距检测。

2.1 三角测距原理

主流的激光雷达主要是基于两种原理的，一种是三角测距法，一种是飞行时间（TOF）法。
（1）单点三角测距

典型的三角测距原理结构如下图：

        激光器Laser以一定的角度beta射出一束激光，沿激光方向距离为d的物体反射激光。接受激光的一般是个长条的CMOS（可以看成是一个长条形的摄像头），被物体反射的激光经过“小孔成像”被Imager（即CMOS）拍摄到。
        焦距是f，物体离平面的垂直距离是q，激光器和焦点间的距离是s，过焦点平行于激光方向的虚线，它跟Imager的交点位置一般是预先知道的（确定好beta就知道了），物体激光反射后成像在Imager上的点位置离该处的距离为X。
从图中很容易看出来，q, d, beta组成的三角形跟X, f组成的三角形是相似三角形，于是有：

则

 
又由于 

于是

 

最后得到：

 
        因为f, s, beta都是预先可以已知的量，唯一需要测量的就是X，因此，测出X即可计算出d，即得到物体离激光器的距离。
从图中可以看出，若d的距离变短了，则X就会变大，d变大了，X就变小，从Imager测出X只要计算出得到的光斑的中心即可获得距离X。
（2）从单点变成激光器
         将激光器和成像器固定在一起，做成一个固定的装置，然后旋转，即可获得周围360°的扫描结果。

 
2.2 扫描数据坐标系定义

2.3 数据通讯接口

         RPLIDAR A2 通讯接口采用 3.3V 电平的串口(UART)。

 
3、设备连接

（1）将RPLIDAR A2 模组的连接线与 USB 适配器进行连接。

 
（2） 将 USB 转接器通过 Micro-USB 线缆与 树莓派3B连接。

 
4、激光数据的显示

rplidar ros package ，支持设备rplidar A2/A1.

rplidar包安装（主机和从机）

终端一次运行：

$ cd ~/ros_ws/src
$ git clone https://github.com/robopeak/rplidar_ros.git
$ cd ..
$ catkin_make

正确显示如下：
 

在主机terminal运行：

roslaunch rplidar_ros rplidar.launch

不出意外，雷达会转起来。

在从机terminal运行：

$ roslaunch rplidar_ros view_rplidar.launch

launch 文件：

 

不出意外，会看到如下激光数据：

 
可以查看话题信息：
 

5、使用hector_mapping算法建图
（程序git克隆在主从机）

首先结束前面的操作，也就是结束上面雷达运行的程序、结束PC观测雷达数据的程序！！！

$ cd ~/ros_ws/src
$ git clone https://github.com/tu-darmstadt-ros-pkg/hector_slam
$ cd ..
$ catkin_make

 
在rplidar_ros/launch/目录下添加hector_mapping_demo.launch文件，内容如下：

主机运行：

$ roslaunch rplidar_ros rplidar.launch

雷达转起来了。

然后在从机terminal输入命令运行Hectormapping创建地图：

$ roslaunch rplidar_ros hector_mapping_demo.launch

 

一开始显示的教室地图： 

手持等遍历一遍形成的地图：
 

6、API

发布的主题:
scan (sensor_msgs/LaserScan)
提供的服务:
stop_motor (std_srvs/Empty) //调用该服务停止rplidar的电机
start_motor (std_srvs/Empty) //调用该服务启动rplidar的电机
可配置的参数:
serial_port (string, default: /dev/ttyUSB0) //挂载后的串口名称
serial_baudrate (int, default: 115200) //串口速率
frame_id (string, default: laser)  //传感器坐标系名称
inverted (bool, default: false) //雷达是否被倒置
angle_compensate (bool, default: true) //是否需要角度优化
启动命令：
roslaunch rplidar_ros rplidar.launch
【注】
1、由于是串口通信,所以保证挂载的节点有读写权限。要不设置成666或777,要不就把当前用户加到dialout这个组中。例：
端口查看：

$ ls -l /dev |grep ttyUSB

 

没权限情况下，给予权限：

$ sudo chmod 666 /dev/ttyUSB0

2、rosmaster均运行于主机