使用move_base进行路径规划

Love The Way You Lie 2022-05-19 05:36 696阅读 0赞

**本文所实现的效果来自《ROS入门实例》，对初学者会有一定帮助。**

move\_base是ROS环境下一个重要的功能包，可以使机器人在指定框架内移动到目标位置，是实现后续导航功能的基础，很多人想学习gmapping在ROS下的使用，那么，可以先看看move\_base这个包的使用方法，此处使用模拟机器人turtlebot在仿真环境下测试move\_base包的功能，不需要实体机器人。

**1、确保catkin空间中有rbx1这个包。**

git clone https://github.com/pirobot/rbx1.git

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turtlebot机器人的仿真需要用到rbx1这个功能包，这个包中包含了需要设置的所用文件。其中，路径规划需要配置的相关文件在rbx1/rbx1\_nav/config/turtlebot目录中，包含4个文件

base_local_planner_params.yaml
    costmap_common_params.yaml
    global_costmap_params.yaml
    local_costmap_params.yaml

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这四个文件里有很多设置参数，直接影响路径规划的结果，后期有必要熟悉一下里面的参数，这里先采用默认设置，上述4个文件一个都没改。

**2、启动turtlebot机器人。**

roslaunch rbx1_bringup  fake_turtlebot.launch

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**3、以空白地图启动move\_base节点**  
move\_base节点需要一张周围环境的地图，这里只需要一张空地图即可（别担心，rbx1里都准备好了）。rbx1/rbx1\_nav/maps这个目录中就有所需要的空地图。运行一个launch文件，就能帮你做到这些事。该文件为rbx1/rbx1\_nav/launch目录下的fake\_move\_base\_blank\_map.launch文件。

roslaunch rbx1_nav fake_move_base_blank_map.launch

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**4、发布一条前进指令**

rostopic pub /move_base_simple/goal  geometry_msgs/PoseStamped \ '{header: {frame_id: "map"},pose: {position:{x: 1.0,y: 0,z: 0},orientation: {x: 0,y: 0,z: 0,w: 1}}}'

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需要解释一下：  
（1）这条指令是发布在/move\_base\_simple/goal话题上的，消息类型为geometry\_msgs/PoseStamped  
（2）geometry\_msgs/PoseStamped消息包含header、pose、orientation三部分  
（3）pose的含义：位置，以米为单位，此处pose: \{position:\{x: 1.0,y: 0,z: 0\}就是指目标位置在（1,0,0）处  
（4）orientation:方向，使用**四元数**表示，表示机器人到达目的地后的姿态，此处orientation: \{x: 0,y: 0,z: 0,w: 1\}表示机器人到达（1,0,0）点后，姿态（朝向）保持不变，为啥这个四元数长相为（0,0,0,1）？文章最后再详细说一下。  
（5）上述命令中有一个“\\”，这个”\\”在linux命令行中意味着换一行再写，手动输入命令时，回车换行会出现续行提示符”>”,《ROS入门实例》里是这样写的，这里完全复制就行并回车执行就行，你也可以不写这个\\，不影响命令的执行。  
（6）写参数时，比如x: 0，注意冒号和0之间有一个空格。

**5、使用rviz观察**

rosrun rviz rviz -d `rospack find rbx1_nav`/nav.rviz

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![这里写图片描述][20180310105237477]

**6、再发一个返回起点的指令**

rostopic pub /move_base_simple/goal  geometry_msgs/PoseStamped \ '{header: {frame_id: "map"},pose: {position:{x: 0.0,y: 0,z: 0},orientation: {x: 0,y: 0,z: 0,w: 1}}}'

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![这里写图片描述][20180310105407412]

**7、运行rqt\_reconfigure,可以用可视化的方法调节各个参数**  
还记得之前说的那些配置参数的文件吗？这里其实也可以用对话框的方式调节，好神奇。

rosrun rqt_reconfigure rqt_reconfigure

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![这里写图片描述][20180310105504442]

**最后，一起来探讨一下刚才的四元数。**  
为什么刚才的四元数参数设置为orientation: \{x: 0,y: 0,z: 0,w: 1\}

四元数可以向欧拉角一样表示旋转变换，这里表示的是机器人到达目的地后和出发时相比姿态的变化。四元数的本质是用一个向量和绕该向量的旋转来表示位姿变换，这个向量暂且记为v=（vx，vy，vz），这个旋转角度记为θ，下面看一下四元数的计算式：  
![这里写图片描述][20180310110432250]  
看了这个公式就明白，要想根据四元数自己推算出旋转角度和旋转轴，还是有些麻烦的，一般我们需要将四元数转为为指定旋转顺序的欧拉角，才能看出姿态到底发生了怎样的变化，因此，千万别误以为每一个旋转方向的四元数表达形式都如此简洁，从四元数里读取旋转角和旋转轴还是有点计算量的。

我们可以用Matlab来验证一下quat=（0,0,0,1）这个四元数转换为欧拉角后的结果：

>> quat = [1 0 0 0];     //这里默认的四元数顺序为 w,x,y,z,与ros下顺序有点区别
    >> eulZYX = quat2eul(quat)   //四元数转欧拉角函数，需要注意欧拉角转动顺序
    
    eulZYX =
    
         0     0     0

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输出结果也是绕各个轴的旋转角度都为0，即不旋转。  
我们再来小小实验一下：我想让机器人到达目的地后调转180度，看看四元数应该怎么写。  
调转180度，即绕着机器人z轴转180度，使用matlab中的函数算一下这个四元数：

>> eul = [pi 0 0];       //这个欧拉角的顺序是与输出顺序保持一致的，下面的函数转换输出顺序为ZYX，因此，绕z轴旋转pi就写为[pi 0 0]
    >> qZYX = eul2quat(eul)
    
    qZYX =
    
        0.0000         0         0    1.0000

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注意这里的四元数是（w,x,y,z）的顺序，我们输入到ROS下时，应该调整为（x,y,z,w）顺序，即写为（0,0,1,0）。

好了，结果算出来了，将ros下那条命令中orientation改为 \{x: 0,y: 0,z: 1,w: 0\}，再次运行，得到的结果如下图：  
![这里写图片描述][20180310151014237]  
自己脑补动画，这就是向前走1米再原地掉头180度，和我们的预期是一样的，因此，掌握了四元数的输入规律，结合move\_base的用法，你就不但能控制机器人去哪，还能控制机器人最终的姿态了。

[20180310105237477]: /images/20220519/2adc61b7bc16496b99c24d2d5b697d66.png?
[20180310105407412]: /images/20220519/360c1ad916f44ed48e24ff7e896eafa5.png?
[20180310105504442]: /images/20220519/e859eaf0eecc4b579a8d44b077e1e648.png?
[20180310110432250]: /images/20220519/20ffebef8cce47ab9e6ab21af98ab594.png?
[20180310151014237]: /images/20220519/d00d7bd14a7244088cd34aa59aec7022.png?