《鴻蒙機(jī)器人比賽》課件-03-1 智能機(jī)器人SLAM導(dǎo)航

ROS導(dǎo)航與定位課程內(nèi)容移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航概述SLAM技術(shù)介紹移動(dòng)機(jī)器人定位技術(shù)介紹移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃介紹代價(jià)地圖全局路徑規(guī)劃局部路徑規(guī)劃行為恢復(fù)ROSNavigation功能包參數(shù)介紹?NXROBO20232移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航概述移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航?NXROBO20234移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航：機(jī)器人能自主地從當(dāng)前位置無(wú)碰撞地運(yùn)動(dòng)到指定的目標(biāo)位置。導(dǎo)航模塊的輸入和輸出分別是：目標(biāo)位置、運(yùn)動(dòng)速度（運(yùn)動(dòng)指令）設(shè)置目標(biāo)位置輸入：目標(biāo)位置輸出：運(yùn)動(dòng)速度底盤控制器控制指令導(dǎo)航模塊導(dǎo)航要解決3個(gè)問(wèn)題：我在哪？我將要去哪？我如何到達(dá)？?NXROBO20235Navigation是ROS中最常用的子系統(tǒng)，是移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航相關(guān)包的集合，實(shí)現(xiàn)定位規(guī)劃避障等相關(guān)功能Navigation提供了諸多功能包ROS中的Navigation導(dǎo)航系統(tǒng)ROS中的Navigation導(dǎo)航系統(tǒng)?NXROBO20236Navigation導(dǎo)航包總體框架地圖定位路徑規(guī)劃ROS中的Navigation導(dǎo)航系統(tǒng)?NXROBO20237ROS中的Navigation導(dǎo)航系統(tǒng)?NXROBO20238Navigation這個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，但是卻非常經(jīng)典以至于后來(lái)出現(xiàn)的其他機(jī)器人系統(tǒng)，在導(dǎo)航部分都基本借鑒了Navigation這個(gè)經(jīng)典架構(gòu)該架構(gòu)將導(dǎo)航功能分為三大塊：地圖構(gòu)建(SLAM)機(jī)器人定位路徑規(guī)劃導(dǎo)航要解決3個(gè)問(wèn)題：我在哪？我將要去哪？我如何到達(dá)？SLAM技術(shù)SLAM的核心思想?NXROBO202310SLAM：叫同步定位與構(gòu)圖（SimultaeousLocalizationAndMapping），即在機(jī)器人移動(dòng)時(shí)，同時(shí)估計(jì)機(jī)器人的位姿和環(huán)境地圖?NXROBO202311SLAM的輸入和輸出輸入輸出?NXROBO202312按傳感器類型分：SLAM的分類?NXROBO202313按所采用的方法分：SLAM的分類?NXROBO202314基于圖優(yōu)化的SLAM處理的數(shù)學(xué)模型?NXROBO202315SLAM的一般框架?NXROBO202316SLAM的一般處理流程?NXROBO202317ROS中流行的SLAM功能包Gmapping：最為常用和成熟的slam功能包，其集成了Rao-Blackwellized粒子濾波算法，訂閱機(jī)器人的深度信息、IMU信息和里程計(jì)信息，同時(shí)完成一些必要參數(shù)配置，即可創(chuàng)建并輸出基于概率的二維格柵地圖hector_slam：使用高斯牛頓方法，不需要里程計(jì)數(shù)據(jù)，只根據(jù)激光信息進(jìn)行地圖構(gòu)建，該算法對(duì)雷達(dá)幀率要求較高，一般要求高于20HZ。若雷達(dá)幀率較低，就要調(diào)低機(jī)器人運(yùn)行速度小于0.3m/s，如果不降低機(jī)器人行駛速度，建圖效果會(huì)非常差，甚至無(wú)法完成建圖Cartographer：可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在二維和三維條件下的定位及建圖功能。目前該算法采用基于圖網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化方法，主要基于激光雷達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)SLAMRTAB-Map：是具有實(shí)時(shí)約束的全局閉環(huán)檢測(cè)的RGB-DSLAM方法……?NXROBO202318GmappingGmapping概述?NXROBO202319GmappingGmapping的相關(guān)話題?NXROBO202320CartographerCartographer的總體框架移動(dòng)機(jī)器人定位?NXROBO202322蒙特卡洛定位方法蒙特卡洛方法簡(jiǎn)介?NXROBO202323蒙特卡洛定位方法蒙特卡洛定位（MCL,MonteCarloLocalization）?NXROBO202324蒙特卡洛定位方法自適應(yīng)蒙特卡洛方法簡(jiǎn)介移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃?NXROBO202326回顧：navigation總體框架路徑規(guī)劃全局路徑規(guī)劃局部路徑規(guī)劃代價(jià)地圖?NXROBO202327代價(jià)地圖costmap：分類與構(gòu)成?NXROBO202328代價(jià)地圖costmap：分類與構(gòu)成局部代價(jià)地圖全局代價(jià)地圖全局地圖?NXROBO202329全局路徑規(guī)劃主要任務(wù)：從外部獲得導(dǎo)航的目標(biāo)點(diǎn)，然后在全局代價(jià)地圖里找出“代價(jià)最小”的那條路線，這條路線就是我們苦苦尋找的導(dǎo)航路線輸入：目標(biāo)點(diǎn)和全局代價(jià)地圖輸出：全局導(dǎo)航路徑點(diǎn)，作為局部路徑規(guī)劃的輸入全局路徑規(guī)劃算法基于搜索的規(guī)劃算法A*、Dijkstra算法、D*、D*Lite、Floyd算法、BellmanFord算法、……基于采樣的規(guī)劃算法概率路圖算法(ProbabilisticRoadMap,PRM)、快速隨機(jī)擴(kuò)展樹(shù)算法(Rapidly-exploringRandomTree,RRT)、PRM和RRT的變種、……?NXROBO202330Navigation中全局路徑規(guī)劃的實(shí)現(xiàn)?NXROBO202331局部路徑規(guī)劃有了全局路徑，按理說(shuō)直接循線走即可，無(wú)奈世界變化太快，需要個(gè)機(jī)靈點(diǎn)的老司機(jī)去應(yīng)對(duì)路上可能的突發(fā)情況，這位老司機(jī)就是局部規(guī)劃器主要任務(wù)：從全局規(guī)劃器獲得導(dǎo)航路線，根據(jù)這個(gè)路線向機(jī)器人發(fā)送速度，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人“盡可能”按照路線去行走輸入：全局路徑和局部代價(jià)地圖輸出：機(jī)器人的速度局部路徑規(guī)劃算法基于采樣的算法：動(dòng)態(tài)窗口法（dwa）基于數(shù)值優(yōu)化的算法：mpc、teb基于曲線擬合的算法：貝塞爾曲線、多項(xiàng)式曲線、B樣條曲線?NXROBO202332Navigation中局部路徑規(guī)劃的實(shí)現(xiàn)?NXROBO202333動(dòng)態(tài)窗口法(dwa)的思路基本思路：一定程度上采用了粒子濾波的思想，在速度空間（v,w）中采樣多組速度，并模擬出這些速度在一定時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡，并通過(guò)評(píng)價(jià)函數(shù)對(duì)這些軌跡進(jìn)行評(píng)價(jià)，選取最優(yōu)軌跡對(duì)應(yīng)的速度驅(qū)動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)主要步驟：1）采樣機(jī)器人當(dāng)前的狀態(tài)（dx,dy,dtheta）；2）針對(duì)每個(gè)采樣的速度，計(jì)算機(jī)器人以該速度行駛一段時(shí)間后的狀態(tài)，得出一條行駛的路線；3）利用一些評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為多條路線打分；4）根據(jù)打分，選擇最優(yōu)路徑；5）重復(fù)上面過(guò)程。?NXROBO202334動(dòng)態(tài)窗口法(dwa)的算法流程?NXROBO202335恢復(fù)行為Navigation導(dǎo)航包參數(shù)配置?NXROBO202337Navigation導(dǎo)航包中的參數(shù)amcl_demo_rviz.launch文件（1）啟動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航功能，可以在終端上運(yùn)行如下命令：$roslaunchspark_navigationamcl_demo_rviz.launch?NXROBO202338Navigation導(dǎo)航包中的參數(shù)amcl_demo_rviz.launch文件（2）?NXROBO202339Navigation導(dǎo)航包中的參數(shù)move_base.launch.xml文件?NXROBO202340Navigation導(dǎo)航包中的參數(shù)costmap_common_params.yaml文件?NXROBO202341Navigation導(dǎo)航包中的參數(shù)global_costmap_common_params.yaml文件?NXROBO202342Navigation導(dǎo)航包中的參數(shù)local_costmap_common_params.yaml文件?NXROBO202343Navigation導(dǎo)航包中的參數(shù)move_base_params.yaml文件?NXROBO202344Navigation導(dǎo)航包中的參數(shù)dwa_local_planner_params.yaml文件小結(jié)?