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ROS学习笔记13：导航相关消息

前言

本人ROS小白，利用寒假时间学习ROS，在此以笔记的方式记录自己每天的学习过程。争取写满20篇(13/20)。
环境：Ubuntu20.04、ROS1：noetic
环境配置：严格按照下方学习链接的教程配置，基本一次成功。
学习链接：【Autolabor初级教程】ROS机器人入门
对应链接文档：ROS机器人入门课程《ROS理论与实践》
笔记绝大部分代码使用Python语言编写。
本期关键词：导航相关消息

1. 地图消息

nav_msgs/MapMetaData

包括地图的分辨率、宽度、高度等。

time map_load_time
float32 resolution #地图分辨率
uint32 width #地图宽度
uint32 height #地图高度
geometry_msgs/Pose origin #地图位姿数据
  geometry_msgs/Point position（地图原点坐标，2D地图的z为0）
    float64 x
    float64 y
    float64 z
  geometry_msgs/Quaternion orientation
    float64 x
    float64 y
    float64 z
    float64 w

nav_msgs/OccupancyGrid

地图栅格数据，一般在rviz中以图形化方式显示。

std_msgs/Header header
  uint32 seq
  time stamp
  string frame_id
#--- 地图元数据
nav_msgs/MapMetaData info
  time map_load_time
  float32 resolution
  uint32 width
  uint32 height
  geometry_msgs/Pose origin
    geometry_msgs/Point position
      float64 x
      float64 y
      float64 z
    geometry_msgs/Quaternion orientation
      float64 x
      float64 y
      float64 z
      float64 w
#--- 地图内容数据，数组长度 = width * height
int8[] data

2. 里程计消息

nav_msgs/Odometry

包含了位姿信息和速度信息。

std_msgs/Header header
  uint32 seq
  time stamp
  string frame_id
string child_frame_id
geometry_msgs/PoseWithCovariance pose
  geometry_msgs/Pose pose #里程计位姿
    geometry_msgs/Point position
      float64 x
      float64 y
      float64 z
    geometry_msgs/Quaternion orientation
      float64 x
      float64 y
      float64 z
      float64 w
  float64[36] covariance # 协方差矩阵
geometry_msgs/TwistWithCovariance twist
  geometry_msgs/Twist twist #速度
    geometry_msgs/Vector3 linear
      float64 x
      float64 y
      float64 z
    geometry_msgs/Vector3 angular
      float64 x
      float64 y
      float64 z    
  # 协方差矩阵
  float64[36] covariance

3. 坐标变换消息

tf/tfMessage

坐标变换消息，在之前“TF坐标变换”里也有提到。

geometry_msgs/TransformStamped[] transforms #包含了多个坐标系相对关系数据的数组
  std_msgs/Header header
    uint32 seq
    time stamp
    string frame_id
  string child_frame_id
  geometry_msgs/Transform transform
    geometry_msgs/Vector3 translation
      float64 x
      float64 y
      float64 z
    geometry_msgs/Quaternion rotation
      float64 x
      float64 y
      float64 z
      float64 w

4. 定位消息

geometry_msgs/PoseArray

AMCL定位相关，rviz订阅后可显示箭头粒子群。

std_msgs/Header header
  uint32 seq
  time stamp
  string frame_id
geometry_msgs/Pose[] poses #预估的点位姿组成的数组
  geometry_msgs/Point position
    float64 x
    float64 y
    float64 z
  geometry_msgs/Quaternion orientation
    float64 x
    float64 y
    float64 z
    float64 w

5. 目标点与路径规划消息

move_base_msgs/MoveBaseActionGoal

std_msgs/Header header
  uint32 seq
  time stamp
  string frame_id
actionlib_msgs/GoalID goal_id
  time stamp
  string id
move_base_msgs/MoveBaseGoal goal
  geometry_msgs/PoseStamped target_pose
    std_msgs/Header header
      uint32 seq
      time stamp
      string frame_id
    geometry_msgs/Pose pose #目标点位姿
      geometry_msgs/Point position
        float64 x
        float64 y
        float64 z
      geometry_msgs/Quaternion orientation
        float64 x
        float64 y
        float64 z
        float64 w

nav_msgs/Path

rviz订阅该话题可以在地图上显示导航路径。

std_msgs/Header header
  uint32 seq
  time stamp
  string frame_id
geometry_msgs/PoseStamped[] poses #由一系列点组成的数组
  std_msgs/Header header
    uint32 seq
    time stamp
    string frame_id
  geometry_msgs/Pose pose
    geometry_msgs/Point position
      float64 x
      float64 y
      float64 z
    geometry_msgs/Quaternion orientation
      float64 x
      float64 y
      float64 z
      float64 w

6. 雷达消息

sensor_msgs/LaserScan

std_msgs/Header header
  uint32 seq
  time stamp
  string frame_id
float32 angle_min #起始扫描角度(单位：rad)
float32 angle_max #终止扫描角度(单位：rad)
float32 angle_increment #测量值之间的角距离(单位：rad)
float32 time_increment #测量间隔时间(s)
float32 scan_time #扫描间隔时间(s)，雷达扫描一圈（一个周期）的用时
float32 range_min #最小有效距离值(m)
float32 range_max #最大有效距离值(m)
float32[] ranges #一个周期的扫描数据
float32[] intensities #扫描强度数据，如果设备不支持强度数据，该数组为空；强度：扫描到不同材料，强度可能不同

7. 摄像头消息

sensor_msgs/Image

话题：/camera/rgb/image_raw、/camera/image_raw、/camera/depth/image_raw都是使用sensor_msgs/Image消息类型。

std_msgs/Header header
  uint32 seq
  time stamp
  string frame_id
uint32 height #高度
uint32 width  #宽度
string encoding #编码格式:RGB、YUV等
uint8 is_bigendian #图像大小端存储模式
uint32 step #一行图像数据的字节数，作为步进参数
uint8[] data #图像数据，长度等于 step * height

sensor_msgs/CompressedImage

在sensor_msgs/Image的基础上压缩后的数据。

std_msgs/Header header
  uint32 seq
  time stamp
  string frame_id
string format #压缩编码格式(jpeg、png、bmp)
uint8[] data #压缩后的数据

sensor_msgs/PointCloud2

点云数据：带有深度信息的图像数据。

std_msgs/Header header
  uint32 seq
  time stamp
  string frame_id
uint32 height #高度
uint32 width  #宽度
sensor_msgs/PointField[] fields #每个点的数据类型(datatype)
  uint8 INT8=1
  uint8 UINT8=2
  uint8 INT16=3
  uint8 UINT16=4
  uint8 INT32=5
  uint8 UINT32=6
  uint8 FLOAT32=7
  uint8 FLOAT64=8
  string name
  uint32 offset
  uint8 datatype
  uint32 count
bool is_bigendian #图像大小端存储模式
uint32 point_step #单点的数据字节步长
uint32 row_step   #一行数据的字节步长
uint8[] data      #存储点云的数组，总长度为 row_step * height
bool is_dense     #是否有无效点

往期内容

  1. ROS学习笔记1：基础知识
  2. ROS学习笔记2：话题通信
  3. ROS学习笔记3：服务通信与参数服务器
  4. ROS常用命令记录
  5. ROS学习笔记4：通信机制实操
  6. ROS学习笔记5：常用API和模块导入
  7. ROS学习笔记6：launch文件
  8. ROS学习笔记7：重名解决与名称设置
  9. ROS学习笔记8：TF坐标变换
  10. ROS学习笔记9：TF坐标变换实操
  11. ROS学习笔记10：rosbag与rqt
  12. ROS学习笔记11：URDF
  13. ROS学习笔记12：机器人导航实现（理论）

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