《鴻蒙機器人比賽》課件-03-1 智能機器人SLAM導航

ROS導航與定位課程內容移動機器人導航概述SLAM技術介紹移動機器人定位技術介紹移動機器人路徑規(guī)劃介紹代價地圖全局路徑規(guī)劃局部路徑規(guī)劃行為恢復ROSNavigation功能包參數(shù)介紹?NXROBO20232移動機器人導航概述移動機器人導航?NXROBO20234移動機器人導航：機器人能自主地從當前位置無碰撞地運動到指定的目標位置。導航模塊的輸入和輸出分別是：目標位置、運動速度（運動指令）設置目標位置輸入：目標位置輸出：運動速度底盤控制器控制指令導航模塊導航要解決3個問題：我在哪？我將要去哪？我如何到達？?NXROBO20235Navigation是ROS中最常用的子系統(tǒng)，是移動機器人導航相關包的集合，實現(xiàn)定位規(guī)劃避障等相關功能Navigation提供了諸多功能包ROS中的Navigation導航系統(tǒng)ROS中的Navigation導航系統(tǒng)?NXROBO20236Navigation導航包總體框架地圖定位路徑規(guī)劃ROS中的Navigation導航系統(tǒng)?NXROBO20237ROS中的Navigation導航系統(tǒng)?NXROBO20238Navigation這個導航系統(tǒng)的架構設計比較復雜，但是卻非常經典以至于后來出現(xiàn)的其他機器人系統(tǒng)，在導航部分都基本借鑒了Navigation這個經典架構該架構將導航功能分為三大塊：地圖構建(SLAM)機器人定位路徑規(guī)劃導航要解決3個問題：我在哪？我將要去哪？我如何到達？SLAM技術SLAM的核心思想?NXROBO202310SLAM：叫同步定位與構圖（SimultaeousLocalizationAndMapping），即在機器人移動時，同時估計機器人的位姿和環(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，訂閱機器人的深度信息、IMU信息和里程計信息，同時完成一些必要參數(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，不需要里程計數(shù)據(jù)，只根據(jù)激光信息進行地圖構建，該算法對雷達幀率要求較高，一般要求高于20HZ。若雷達幀率較低，就要調低機器人運行速度小于0.3m/s，如果不降低機器人行駛速度，建圖效果會非常差，甚至無法完成建圖Cartographer：可以實現(xiàn)機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)絡的優(yōu)化方法，主要基于激光雷達來實現(xiàn)SLAMRTAB-Map：是具有實時約束的全局閉環(huán)檢測的RGB-DSLAM方法……?NXROBO202318GmappingGmapping概述?NXROBO202319GmappingGmapping的相關話題?NXROBO202320CartographerCartographer的總體框架移動機器人定位?NXROBO202322蒙特卡洛定位方法蒙特卡洛方法簡介?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蒙特卡洛方法簡介移動機器人路徑規(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)劃代價地圖?NXROBO202327代價地圖costmap：分類與構成?NXROBO202328代價地圖costmap：分類與構成局部代價地圖全局代價地圖全局地圖?NXROBO202329全局路徑規(guī)劃主要任務：從外部獲得導航的目標點，然后在全局代價地圖里找出“代價最小”的那條路線，這條路線就是我們苦苦尋找的導航路線輸入：目標點和全局代價地圖輸出：全局導航路徑點，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)、快速隨機擴展樹算法(Rapidly-exploringRandomTree,RRT)、PRM和RRT的變種、……?NXROBO202330Navigation中全局路徑規(guī)劃的實現(xiàn)?NXROBO202331局部路徑規(guī)劃有了全局路徑，按理說直接循線走即可，無奈世界變化太快，需要個機靈點的老司機去應對路上可能的突發(fā)情況，這位老司機就是局部規(guī)劃器主要任務：從全局規(guī)劃器獲得導航路線，根據(jù)這個路線向機器人發(fā)送速度，驅動機器人“盡可能”按照路線去行走輸入：全局路徑和局部代價地圖輸出：機器人的速度局部路徑規(guī)劃算法基于采樣的算法：動態(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、多項式曲線、B樣條曲線?NXROBO202332Navigation中局部路徑規(guī)劃的實現(xiàn)?NXROBO202333動態(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間內的運動軌跡，并通過評價函數(shù)對這些軌跡進行評價，選取最優(yōu)軌跡對應的速度驅動機器人運動主要步驟：1）采樣機器人當前的狀態(tài)（dx,dy,dtheta）；2）針對每個采樣的速度，計算機器人以該速度行駛一段時間后的狀態(tài)，得出一條行駛的路線；3）利用一些評價標準為多條路線打分；4）根據(jù)打分，選擇最優(yōu)路徑；5）重復上面過程。?NXROBO202334動態(tài)窗口法(dwa)的算法流程?NXROBO202335恢復行為Navigation導航包參數(shù)配置?NXROBO202337Navigation導航包中的參數(shù)amcl_demo_rviz.launch文件（1）啟動機器人導航功能，可以在終端上運行如下命令：$roslaunchspark_navigationamcl_demo_rviz.launch?NXROBO202338Navigation導航包中的參數(shù)amcl_demo_rviz.launch文件（2）?NXROBO202339Navigation導航包中的參數(shù)move_base.launch.xml文件?NXROBO202340Navigation導航包中的參數(shù)costmap_common_params.yaml文件?NXROBO202341Navigation導航包中的參數(shù)global_costmap_common_params.yaml文件?NXROBO202342Navigation導航包中的參數(shù)local_costmap_common_params.yaml文件?NXROBO202343Navigation導航包中的參數(shù)move_base_params.yaml文件?NXROBO202344Navigation導航包中的參數(shù)dwa_local_planner_params.yaml文件小結?