【ROS】ROS入门笔记-Turtlebot(Kuboki)+激光雷达(Rplidar)gmapping构建地图

一、环境准备

1.软硬件情况

本次使用的硬件为

• Kuboki小车底盘（Turtlebot 2套件的底盘）
• Xbox Kinect 2
• SLAMTEC（思岚）A2M8激光雷达
• WiFi环境
• 车上工控机：类NUC迷你主机
  • Ubuntu 18 64位
  • ROS Melodic
• 远程主机：笔记本电脑
  • Ubuntu 18 64位
  • ROS Melodic

2.小车驱动配置

小车驱动部分参考了以下教程

https://www.ncnynl.com/archives/201903/2884.html

2.1 驱动安装

以下驱动需要在工控机和笔记本上都进行安装

首先安装依赖

sudo apt-get install ros-melodic-kobuki-*
sudo apt-get install ros-melodic-ecl-streams
sudo apt-get install libusb-dev
sudo apt-get install libspnav-dev
sudo apt-get install ros-melodic-joystick-drivers
sudo apt-get install bluetooth
sudo apt-get install libbluetooth-dev
sudo apt-get install libcwiid-dev

新建工作空间，准备相关包

mkdir -p ~/turtlebot_ws/src 
cd ~/turtlebot_ws/src 

git clone https://github.com/turtlebot/turtlebot_simulator
git clone https://github.com/turtlebot/turtlebot.git
git clone https://github.com/turtlebot/turtlebot_apps.git
git clone https://github.com/udacity/robot_pose_ekf
git clone https://github.com/ros-perception/depthimage_to_laserscan.git 
git clone https://github.com/yujinrobot/kobuki_msgs.git
git clone https://github.com/yujinrobot/kobuki_desktop.git

cd kobuki_desktop/
rm -r kobuki_qtestsuite
git clone https://github.com/toeklk/orocos-bayesian-filtering.git
git clone https://github.com/turtlebot/turtlebot_msgs.git
git clone https://github.com/ros-drivers/joystick_drivers.git

复制kobuki和yujin_ocs依赖库到turtlebot_ws/src工作空间下

mkdir -p ~/repos/
cd ~/repos/
git clone https://github.com/yujinrobot/kobuki.git
cp -r kobuki/* ~/turtlebot_ws/src/
git clone https://github.com/yujinrobot/yujin_ocs.git
cp -r yujin_ocs/yocs_cmd_vel_mux/ yujin_ocs/yocs_controllers ~/turtlebot_ws/src/

编译工作空间

cd ~/turtlebot_ws
catkin_make

添加工作空间到bashrc文件

echo "source ~/turtlebot_ws/devel/setup.bash" >> ~/.bashrc

启用环境变量

source ~/.bashrc

2.2 测试

开启Kuboki底盘电源，将数据线插入电脑

打开一个新的终端窗口

# 启动底盘
roslaunch turtlebot_bringup minimal.launch

此时小车底盘发出提示声音表示可以使用

打开第二个终端窗口

# 启动键盘控制程序
roslaunch turtlebot_teleop keyboard_teleop.launch

此时可以使用键盘控制小车运动

3.分布式多机通信

小车总拖着一堆键盘鼠标总归是不方便的，ROS允许同一个局域网内的机器可以通过SSH共享一个Master，下面开始设置

3.1 添加IP和用户名

首先确定IP地址，打开终端输入

ifconfig

获得IP地址

用户名即终端里@后面的内容，我这里是

# 工控机用户名
workbox-Default-string

# 工控机IP地址
192.168.199.189

# 工控机用户名
work-QTJ5

# 工控机IP地址
192.168.199.225

首先测试一下，互相ping一下对方的IP，例如

ping 192.168.199.225
ping 192.168.199.189

能ping通则可继续

需要在两台机子上的/etc/hosts文件加入对方的IP地址和对应的计算机名字

在工控机（workbox-Default-string）上终端操作

# 打开hosts
sudo gedit /etc/hosts

加上笔记本电脑的IP和用户名，注意中间是一个tab而不是空格

192.168.199.225	work-QTJ5

在笔记本（work-QTJ5）上操作与之相似，打开终端

# 打开hosts
sudo gedit /etc/hosts

加上工控机的IP和用户名

192.168.199.189	workbox-Default-string

此时测试一下，互相ping对方的用户名

ping workbox-Default-string
ping work-QTJ5

3.2 修改 .bashrc

这里我们设置工控机为Master

把这段加到工控机中的 ～/.bashrc 文件中

export ROS_HOSTNAME=workbox-Default-string
export ROS_MASTER_URI=http://workbox-Default-string:11311

把这段加到笔记本中的 ～/.bashrc 文件中

export ROS_HOSTNAME=work-QTJ5
export ROS_MASTER_URI=http://workbox-Default-string:11311

此时可此时可测试一下

在工控机上

# 打开ROS
roscore

# 运行海龟模拟器
rosrun turtlesim turtlesim_node

在笔记本上

# 打开键盘控制节点
rosrun turtlesim turtle_teleop_key

此时可用笔记本的键盘控制工控机上的海龟

# 启动底盘
roslaunch turtlebot_bringup minimal.launch

# 启动键盘控制程序
roslaunch turtlebot_teleop keyboard_teleop.launch

# kincet测试程序
roslaunch kinect2_bridge kinect2_bridge.launch

roslaunch mbot_gazebo mbot_kinect_nav_gazebo.launch

4.激光雷达驱动安装测试

4.1 安装驱动

这部分参考了

https://blog.csdn.net/sdhjqhjq1/article/details/79143498?spm=1001.2014.3001.5501

https://blog.csdn.net/sdhjqhjq1/article/details/79144505?spm=1001.2014.3001.5501

# 切换到工作空间目录
cd ~/turtlebot_ws/src

# 获取驱动
git clone https://github.com/ncnynl/rplidar_ros.git

# 返回上机目录
cd ..

# 编译
catkin_make

配置端口

将激光雷达插入USB，建议先插激光雷达

检查端口权限

ls -l /dev |grep ttyUSB

赋予端口权限

sudo chmod a+rw /dev/ttyUSB0

这里可以使用minicom配置端口号、波特率等，可以参考：
http://blog.csdn.net/sdhjqhjq1/article/details/79133502

4.2 测试

roscore
cd ~/turtlebot_ws
. devel/setup.bash
roslaunch rplidar_ros view_rplidar.launch

此时可见激光雷达图像

二、上机操作

1.建立工作空间

建立工作空间（也可以利用现有的），编译包

mkdir -p ~/turtlebot_ws/src
cd  ~/turtlebot_ws/src

## 激光雷达rplidar一代驱动
git clone https://github.com/ncnynl/rplidar_ros.git

# turtlebot建图依赖包
git clone https://github.com/turtlebot/turtlebot_apps 

# 编译
cd ~/turtlebot_ws
catkin_make

添加环境变量，在~/.bashrc最后添加一行：

source /home/ubu/turtlebot_ws/devel/setup.bash

刷新配置

source ~/.bashrc

或

$ rospack profile

2.创建激光雷达的串口别名

确认idVendor和idProduct，ID后面的部分idVendor:idProduct

# 输入
lsusb

# 显示类似下图
Bus 001 Device 006: ID 10c4:ea60

新建/etc/udev/rules.d/rplidar.rules文件，内容如下：

# 别名为rplidar，实际名称为：/dev/rplidar
KERNEL=="ttyUSB*", ATTRS{
     idVendor}=="10c4", ATTRS{
     idProduct}=="ea60", MODE:="0666", GROUP:="dialout",  SYMLINK+="rplidar"    

增加当前用户对串口的默认访问权限：

sudo usermod -a -G dialout 用户名

使UDEV配置生效：（使串口的默认访问权限生效，需要重启机器）

sudo service udev reload
sudo service udev restart

3.制作雷达驱动文件

复制rplidar.launch到rplidar-laser.launch，并增加TF定义

roscd turtlebot_navigation
mkdir -p laser/driver
sudo cp ~/turtlebot_ws/src/rplidar_ros/launch/rplidar.launch laser/driver/rplidar_laser.launch

打开rplidar_laser.launch，并修改

rosed turtlebot_navigation rplidar_laser.launch

检查frame_id是否指定为laser

<param name="frame_id" type="string" value="laser"/>

查看serial_port是否指定正确端口，使用别名
检查端口：，设置好别名，或直接端口/dev/ttyUSB0
增加TF：

<node pkg="tf" type="static_transform_publisher" name="base_to_laser" args="0.0 0.0 0.18 0 0.0 0.0 base_link laser 100"/>

修改为args="0.0 0.0 0.18 0 0.0 0.0 为自己的实际安装位置。详情查看,static_transform_publisher部分

static_transform_publisher x y z qx qy qz qw frame_id child_frame_id period_in_ms

这里我假设底盘的中心点为0，雷达放在机器人托盘中心位置，X为0，高度为18CM,Z为0.18m

TF的单位使用米的，测量单位是CM

完整代码如下：

<launch>
  <node name="rplidarNode"          pkg="rplidar_ros"  type="rplidarNode" output="screen">
  <param name="serial_port"         type="string" value="/dev/ttyUSB0"/>  
  <param name="serial_baudrate"     type="int"    value="115200"/>
  <param name="frame_id"            type="string" value="laser"/>
  <param name="inverted"            type="bool"   value="false"/>
  <param name="angle_compensate"    type="bool"   value="true"/>
  </node>

  <node pkg="tf" type="static_transform_publisher" name="base_to_laser" args="0.0 0.0 0.18 0 0.0 0.0 base_link laser 100"/>
</launch>

4.检查turtlebot_navigation包

增加rplidar_gmapping_demo.launch文件，用于启动gmapping.

roscd  turtlebot_navigation
touch  launch/rplidar_gmapping_demo.launch
rosed  launch/rplidar_gmapping_demo.launch

输入内容：

<launch>

  <!-- Define laser type-->
  <arg name="laser_type" default="rplidar" />

  <!-- laser driver -->
  <include file="$(find turtlebot_navigation)/laser/driver/$(arg laser_type)_laser.launch" />

  <!-- Gmapping -->
  <arg name="custom_gmapping_launch_file" default="$(find turtlebot_navigation)/launch/includes/gmapping/$(arg laser_type)_gmapping.launch.xml"/>
  <include file="$(arg custom_gmapping_launch_file)"/>

  <!-- Move base -->
  <include file="$(find turtlebot_navigation)/launch/includes/move_base.launch.xml"/>


</launch>

设置laser_type为rplidar.

增加rplidar_gmapping.launch.xml文件，执行gmapping建图

roscd  turtlebot_navigation
touch  launch/includes/gmapping/rplidar_gmapping.launch.xml 
rosed  launch/includes/gmapping/rplidar_gmapping.launch.xml 

输入内容：

<launch>
  <arg name="scan_topic"  default="scan" />
  <arg name="base_frame"  default="base_footprint"/>
  <arg name="odom_frame"  default="odom"/>

  <node pkg="gmapping" type="slam_gmapping" name="slam_gmapping" output="screen">
    <param name="base_frame" value="$(arg base_frame)"/>
    <param name="odom_frame" value="$(arg odom_frame)"/>
    <param name="map_update_interval" value="0.01"/>
    <param name="maxUrange" value="4.0"/>
    <param name="maxRange" value="5.0"/>
    <param name="sigma" value="0.05"/>
    <param name="kernelSize" value="3"/>
    <param name="lstep" value="0.05"/>
    <param name="astep" value="0.05"/>
    <param name="iterations" value="5"/>
    <param name="lsigma" value="0.075"/>
    <param name="ogain" value="3.0"/>
    <param name="lskip" value="0"/>
    <param name="minimumScore" value="30"/>
    <param name="srr" value="0.01"/>
    <param name="srt" value="0.02"/>
    <param name="str" value="0.01"/>
    <param name="stt" value="0.02"/>
    <param name="linearUpdate" value="0.05"/>
    <param name="angularUpdate" value="0.0436"/>
    <param name="temporalUpdate" value="-1.0"/>
    <param name="resampleThreshold" value="0.5"/>
    <param name="particles" value="8"/>
  <!--
    <param name="xmin" value="-50.0"/>
    <param name="ymin" value="-50.0"/>
    <param name="xmax" value="50.0"/>
    <param name="ymax" value="50.0"/>
  make the starting size small for the benefit of the Android client's memory...
  -->
    <param name="xmin" value="-1.0"/>
    <param name="ymin" value="-1.0"/>
    <param name="xmax" value="1.0"/>
    <param name="ymax" value="1.0"/>

    <param name="delta" value="0.05"/>
    <param name="llsamplerange" value="0.01"/>
    <param name="llsamplestep" value="0.01"/>
    <param name="lasamplerange" value="0.005"/>
    <param name="lasamplestep" value="0.005"/>
    <remap from="scan" to="$(arg scan_topic)"/>
  </node>
</launch>

5.测试激光雷达gmapping构建地图

工控机新开端口，启动turtlebot

roslaunch turtlebot_bringup minimal.launch

工控机新开端口，启动gmapping,用于构建地图

roslaunch turtlebot_navigation rplidar_gmapping_demo.launch

笔记本新开端口，启动键盘操作Turtlebot

roslaunch turtlebot_teleop keyboard_teleop.launch 

笔记本新开端口，启动rviz，实时查看建图情况

rosrun rviz rviz

点击ADD，订阅map等topic即可观看建图。

# 保存地图
rosrun map_server map_saver -f cloister_gmapping

生成.pgm和.yaml文件，默认保存位置为home目录。

两次运行生成地图如下。