ROS SLAM #2 Hector SLAM (2D地圖建置)

最近看的資料有點多，頭昏腦脹的^^"

大概就是如下面的影片那樣，利用RPLidar這個Laser scanner感測器，搭配Hector SLAM演算法去做地圖建置。

[安裝RPLidar driver]

硬體：RPLidar、Tegra TK1
軟體：Ubuntu 14.04、ROS Indigo

大概可以掃到的範圍是六米內，在使用前還是得先到官方網站下載SDK。

[圖一] RPLidar的樣子

官網的資料提供Windows跟Ubuntu板本的範例，同時也附上cp2102轉接晶片的driver。(在ubuntu安裝外來驅動點我)

如果原本的kernel版本裡面就有的話也可以從裡面將驅動打開就好

這是RPLidar的Driver

$ cd ~/rplidar_sdk_v1.4.5/sdk/sdk

$ make

[圖二] RPLidar盒子附的轉接頭

windows在這裡就不說了，然而Ubuntu的sample要build過才能執行喔(大家自己摸索吧哇哈哈)

驅動都OK之後，要記得把com port的權限改掉，否則會遇到無法從感測器獲得資訊的情況。

先確定有認到port，再改權限成666即可。

$ ls /dev/ttyUSB*

[圖三]

更改com port 權限

$ sudo chmod 666 /dev/ttyUSB0

再來要裝的是RPLidar 在 ROS的package，有兩種方式。

第一種：透過PPA下載

$ sudo apt-get install ros-indigo-rplidar-ros

第二種：把Github 上的 source code放到catkin_ws裡 (選擇SLAM的branch)

$ cd ~/catkin_ws/src

$ git clone -b slam https://github.com/robopeak/rplidar_ros

$ cd ~/catkin_ws

$ catkin_make

載好ROS的範例就可以來執行看看囉~

單純preview畫面

$ roslaunch rplidar_ros view_rplidar.launch

[圖四] RPLidar preview

[下載Hector SLAM]

$ cd ~/catkin_ws/src

$ git clone https://github.com/tu-darmstadt-ros-pkg/hector_slam

$ cd ~/catkin_ws

$ catkin_make

然後就可以來執行SLAM的部份

$ roslaunch rplidar_ros view_slam.launch

[圖五] 搭配hector slam demo

這是我自己做的Demo影片

Hector SLAM簡介

Hector = Heterogeneous Cooperating Team of Robots
成立於2008的秋天，於2010年晚期從原本的RoboFrame中的演算法移植變成ROS的型式package。
註：RoboFrame似乎是某一個機器人作業系統

用2D網格的方式，將Laser scanner的值透過tf library轉換成xy坐標。
Pm為sensor位置，其餘紅點為暫存走過的格點。
estimate估計障礙物可能的位置並且描繪，重複掃描用bilinear filtering方式不斷修正地圖。

[圖六] Hector SLAM原裡

感測器使用的是RPLidar，下圖是利用rqt_graph畫出的關係圖。
大致上主要的路徑已塗上顏色。
RPlidar讀資料跟SLAM演算法是不同Package，並不是寫在一起的，透過message機制傳遞資訊。(這就是ROS的優點啊!)

Node
Node                                         功能
/link2_broadcaster              ROS navigation的功能[見補充]
/link1_broadcaster               ROS navigation的功能[見補充]
/rplidarNode                           將讀到的值丟到 /scan 的這個topic
/hector_height_mapping   Hector SLAM演算法
Topic (資料型態)
Topic              Data type                               功能
/tf_static      tf2_msgs/TFMessage         ROS navigation的功能[見補充]
/tf                    tf2_msgs/TFMessage         ROS navigation的功能[見補充]
/initalpose()                                                   ROS navigation的功能[見補充]
/scan              sensor_msgs/LaserScan      Lidar讀到的值
/map               nav_msgs/OccupancyGrid  Map的值

[圖七] node關係圖

再將hector mapping的部份拆開來會看到
Node                                          功能
hector_pose_estimation   將sensor的值轉換成imu資訊丟給tf處理。
hector_mapping                  不斷地即時更新map，並publish。
hector_map_server            儲存並畫出地圖形狀，提供查詢位置(pose)服務。
hector_trajectory_server  從TF中提取資訊，轉換成移動路徑位置。
hector_geotiff                       將所有得到的資訊整合到網格地圖(可以從rviz看到)。
imu = (Inertial Measurement Unit) 

data type：geometry_msgs
包含方位變異值(orientation)、角速度變異值(angular velocity)、線性加速度變異值(linear acceleration)主要是roll(x)與pitch(y)，因為不需要考慮高度。

[圖八] 網路上抓的，畫的比較好的圖。
[補充] ROS navigation的功能
包含tf、actionlib、pluginlib、dynamic_reconfigure簡單來說，是ros提供用在地圖與機器人姿態之間轉換的功能。
用這些現成的工具，就可以做到定位(相對定位)的效果。

歡迎轉載分享，但是要告知並註明出處。

若有錯誤，懇請指正。

 

2017.12.25 修正branch下載的連結說明，感謝網友sunpochin的幫忙。聖誕快樂！