ROS中机器人配置及相关功能实现（Navigation & RViz）

一、机器人配置

（一）安装导航栈

首先，确保安装了ROS导航栈。对于ROS Noetic，可以使用以下命令安装：

sudo apt-get install ros-noetic-navigation

对于ROS 2，可以使用以下命令安装：

sudo apt install ros-$ROS_DISTRO-navigation2
sudo apt install ros-$ROS_DISTRO-nav2-bringup

（二）配置参数文件

复制配置文件到你的包中，并进行修改。例如，复制nav2_params.yaml文件：

cp /opt/ros/humble/share/nav2_bringup/params/nav2_params.yaml .

修改参数文件，例如设置机器人的半径：

robot_radius: 0.12

二、全局和局部代价地图

（一）代价地图简介

代价地图（Costmap）是ROS中用于路径规划的重要工具。它分为全局代价地图（Global Costmap）和局部代价地图（Local Costmap）。

（二）配置代价地图

1. 通用参数配置（`costmap_common_params.yaml`）

robot_radius: 0.2
obstacle_layer:
  enabled: true
  combination_method: 1
  track_unknown_space: true
  obstacle_range: 2.5
  raytrace_range: 3.0
  observation_sources: laser_scan_sensor
  laser_scan_sensor: {
    sensor_frame: /robot0_laser_0,
    data_type: LaserScan,
    topic: /robot0/laser_0,
    marking: true,
    clearing: true
  }
inflation_layer:
  enabled: true
  cost_scaling_factor: 5.0
  inflation_radius: 0.36
static_layer:
  enabled: true

2. 全局代价地图配置（`global_costmap_params.yaml`）

global_costmap:
  global_frame: /map
  robot_base_frame: /robot0
  update_frequency: 0.5
  static_map: true
  rolling_window: false
  transform_tolerance: 1.0
  plugins:
    - {name: static_layer,    type: "costmap_2d::StaticLayer"}
    - {name: obstacle_layer,  type: "costmap_2d::ObstacleLayer"}
    - {name: inflation_layer, type: "costmap_2d::InflationLayer"}

3. 局部代价地图配置（`local_costmap_params.yaml`）

local_costmap:
  global_frame: /map_static
  robot_base_frame: /robot0
  update_frequency: 5.0
  publish_frequency: 3.0
  static_map: false
  rolling_window: true
  width: 4.0
  height: 4.0
  resolution: 0.05
  transform_tolerance: 0.5
  plugins:
    - {name: obstacle_layer,  type: "costmap_2d::ObstacleLayer"}
    - {name: inflation_layer, type: "costmap_2d::InflationLayer"}

三、RViz详细配置

（一）启动RViz并加载配置文件

rosrun rviz rviz -d /path/to/your/rviz_config.rviz

（二）添加显示内容

机器人模型：选择RobotModel，设置Robot Description为robot_description。
地图：选择Map，设置Topic为/map。
全局代价地图：选择Map，设置Topic为/move_base/global_costmap/costmap，设置Color Scheme为Costmap。
局部代价地图：选择Map，设置Topic为/move_base/local_costmap/costmap，设置Color Scheme为Costmap。
导航路线：选择Path，设置Topic为/move_base/GlobalPlanner/plan，设置Line Style为Billboards。

四、自适应蒙特卡洛定位（AMCL）

（一）安装AMCL

sudo apt-get install ros-noetic-amcl

（二）启动AMCL

<node pkg="amcl" type="amcl" name="amcl">
  <param name="use_map_topic" value="true"/>
  <param name="initial_pose_x" value="0.0"/>
  <param name="initial_pose_y" value="0.0"/>
  <param name="initial_pose_a" value="0.0"/>
</node>

五、避障

（一）配置避障参数

在costmap_common_params.yaml中配置避障参数：

obstacle_layer:
  enabled: true
  combination_method: 1
  track_unknown_space: true
  obstacle_range: 2.5
  raytrace_range: 3.0
  observation_sources: laser_scan_sensor
  laser_scan_sensor: {
    sensor_frame: /robot0_laser_0,
    data_type: LaserScan,
    topic: /robot0/laser_0,
    marking: true,
    clearing: true
  }
inflation_layer:
  enabled: true
  cost_scaling_factor: 5.0
  inflation_radius: 0.36

（二）动态避障

在local_costmap_params.yaml中配置局部代价地图，确保动态避障：

local_costmap:
  global_frame: /map_static
  robot_base_frame: /robot0
  update_frequency: 5.0
  publish_frequency: 3.0
  static_map: false
  rolling_window: true
  width: 4.0
  height: 4.0
  resolution: 0.05
  transform_tolerance: 0.5
  plugins:
    - {name: obstacle_layer,  type: "costmap_2d::ObstacleLayer"}
    - {name: inflation_layer, type: "costmap_2d::InflationLayer"}

六、目标发送

（一）使用RViz发送目标

在RViz中，使用2D Nav Goal工具发送目标点。点击2D Nav Goal，然后在地图上点击目标位置，机器人将自动导航到该位置。

（二）使用命令行发送目标

使用rostopic命令发送目标点：

rostopic pub /move_base_simple/goal geometry_msgs/PoseStamped "header:
  seq: 0
  stamp:
    secs: 0
    nsecs: 0
  frame_id: 'map'
pose:
  position:
    x: 1.0
    y: 1.0
    z: 0.0
  orientation:
    x: 0.0
    y: 0.0
    z: 0.0
    w: 1.0"

通过以上步骤，您可以完成机器人的配置，设置全局和局部代价地图，详细配置RViz，实现自适应蒙特卡洛定位，配置避障功能，并发送目标点。这些功能是机器人导航和自主移动的基础。

视频讲解

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