ROS与RPLIDAR结合使用说明及问题汇总

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，服務(wù)機器人等諸多智能產(chǎn)品逐漸進入人們的視線，不管是家庭中常見的掃地機器人、還是商場里的導(dǎo)購機器人，要讓他們智能化的完成任務(wù)，智能移動與導(dǎo)航是不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)。

ROS作為機器人軟件平臺，能為異質(zhì)計算機集群提供類似操作系統(tǒng)的功能，在研究機器人行走等方面起著重要的作用。Llidar作為機器人定位導(dǎo)航的核心傳感器，在機器人自主行走、定位導(dǎo)航方面扮演著重要角色。兩者的結(jié)合使用，使得機器人自主定位導(dǎo)航效果更佳。

1、RPLIDAR 產(chǎn)品簡介

RPLIDAR是思嵐科技自主研發(fā)的激光雷達，目前有RPLIDAR A1/A2/A3/RPLIDAR S1及SLAMTEC Mapper五款成熟的商業(yè)激光雷達產(chǎn)品。五款產(chǎn)品均可從官網(wǎng)獲取相應(yīng)的SDK和開發(fā)指導(dǎo)文檔。其中SLAMTEC Mapper是思嵐科技近日推出的全新激光雷達品類，內(nèi)置實時建圖及定位功能，其中包含了思嵐第三代高性能SLAM引擎和激光雷達，無需任何外部依賴，上電即用。適用于機器人導(dǎo)航定位、環(huán)境測繪、手持測量等多個領(lǐng)域。

針對RPLIDAR，官網(wǎng)提供SDK下載，并且包含相應(yīng)的frame_grabe可視化測試界面。具體操作流程如下：

（1）設(shè)備管理器找到對應(yīng)串口；

（2）打開frame_grabe，選擇對應(yīng)端口查看；

（3）frame_grabber界面；

詳細資料請參閱官網(wǎng)（http://m.khfw.net/cn/Support），包括：

簡介與規(guī)格書（Datasheet）、開發(fā)套裝使用手冊、通訊接口協(xié)議與應(yīng)用手冊、SDK 用戶手冊。

2、RPLIDAR的ROS package rplidar_ros 介紹

rplidar_ros是國內(nèi)第一款面向全球ROS開發(fā)者推出相應(yīng)package的激光雷達，超高的性價比大大推動了RPLIDAR在ROS中的使用，為國內(nèi)服務(wù)機器人的移動導(dǎo)航和避障相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和人才儲備起了很大的推動作用。

ROS之所以能夠很好的在開發(fā)者中間推廣起來，主要是因為它建立了一套通用的通訊框架和操作系統(tǒng)服務(wù)，不同的開發(fā)者只需要按照一定的通訊協(xié)議，關(guān)注相應(yīng)的數(shù)據(jù)接口，完成每個模塊的功能即可,大大避免了機器人重復(fù)造輪子的繁瑣過程。

任何一個ROS生態(tài)里面的package，往往只需找到相應(yīng)的wiki和github頁面，就可以清楚的了解其數(shù)據(jù)接口和內(nèi)部的實現(xiàn)。

2.1 rplidar_ros viki：http://wiki.ros.org/rplidar

wiki主要包含對應(yīng)rplidar產(chǎn)品功能和package接口和參數(shù)的說明和相應(yīng)的使用流程介紹，以及當前ros生態(tài)支持的版本信息。

2.2 rplidar _ros github：

https://github.com/robopeak/rplidar_ros

rplidar_ros的github主要包含package對應(yīng)的源碼和package的版本管理和開發(fā)者問題對話。

issue（open|closed）: 里面主要包含開發(fā)者關(guān)于rplidar_ros使用的相關(guān)問題的對話，如果開發(fā)者在使用某個package時遇到問題都可以先在此搜索是否有相關(guān)問題的解釋與解決方法；

pull request：相關(guān)使用者針對原有代碼的改進，希望加入到本倉庫，以提高或增強相應(yīng)的功能；

wiki: 包含更加具體的說明和使用介紹，

commit、branch、release、contributors是rplidar_ros開發(fā)迭代的記錄。

2.3 rplidar_ros消息機制

rplidar_ros的在ROS里面的通訊接口，主要有1個話題（topic) /scan和2個服務(wù)（service）stop_motor和start_motor.。/scan主要用于向外部發(fā)送雷達數(shù)距消息（message),消息格式采用的是sensor_msgs/LaserScan，像避障或slam功能模塊對應(yīng)的ROS package就需要調(diào)用這個話題的雷達數(shù)據(jù)完成建圖或避障的功能。stop_motor和start_motor主要是用于客戶端調(diào)用服務(wù)器端關(guān)閉和啟動雷達的接口，使系統(tǒng)可以依據(jù)需要選擇關(guān)閉和開啟雷達。

rplidar_ros給出的rplidar.launch，實際使用中依據(jù)具體的使用往往關(guān)注的參數(shù)有 端口號（serial_port）、坐標系名稱（frame_id）、正反裝（inverted）。

2.4 rplidar_ros坐標系說明：

rplidar是按照順時針旋轉(zhuǎn)，SDK數(shù)據(jù)輸出是帶距離和角度信息的左手系數(shù)據(jù)，rplidar_ros輸出已經(jīng)將其轉(zhuǎn)化為右手坐標系輸出。雷達數(shù)據(jù)坐標系參照雷達數(shù)據(jù)線的位置（A2）/形狀（A1）和下面的圖示判斷。

2.5 rplidar_ros啟動說明：

首先要查看插上rplidar后對應(yīng)端口權(quán)限（每次插拔都要賦予一次權(quán)限）：

ls -l /dev |grep ttyUSB

sudo chmod 666 /dev/ttyUSB0

如果沒有讀寫權(quán)限，需要添加其讀寫權(quán)限（每次插拔都要賦予一次權(quán)限）：

sudo chmod 666 /dev/ttyUSB0

每次這樣插拔都要添加權(quán)限很麻煩，可以試試添加設(shè)備的udev規(guī)則，賦予符合相應(yīng)規(guī)則的設(shè)備端口固定權(quán)限和端口名稱的映射。執(zhí)行相應(yīng)的rplidar端口映射的腳本：

./s/create_udev_rules.sh

啟動rplidar_ros節(jié)點，并在rviz中顯示出雷達數(shù)據(jù)：

$ roslaunch rplidar_ros view_rplidar.launch

matlab2016版本當前還提供了ROS的功能接口，我們也可以通過matlab參看激光數(shù)據(jù)。

3、搭建帶rplidar的機器人系統(tǒng)：

前面詳細介紹了rplidar_ros package的相應(yīng)功能，那么，如果我要在一臺機器人本體上搭載激光雷達，需要怎么設(shè)置呢？

利用好ROS里已有package搭建系統(tǒng)實現(xiàn)基本功能，再關(guān)注一下topic/service和TF frame是否協(xié)調(diào)。TF是ROS里面主要的概念，它維護著每個數(shù)據(jù)對應(yīng)坐標系之間的位姿變換關(guān)系。要搭建帶rplidar的機器人ROS系統(tǒng), 你就需要依據(jù)實際安裝信息統(tǒng)一好rplidar坐標系與機器人本體base坐標系的變換關(guān)系。實現(xiàn)這種變換關(guān)系主要有三種，分別如下：

3.1 通過模型的URDF文件的方式：

在已知的機器人模型的URDF中添加描述雷達的joint和描述在機器人本體上的link。下面是曾在turtlebot仿真模型添加rplidar模型的urdf設(shè)置。

3.2 TF靜態(tài)變換static_transform_publisher方式：

在機器人啟動的launch文件添加靜態(tài)TF變換的信息即可。

<node name="base2laser" pkg="tf" type="static_transform_publisher" args="0.07 0 0 0 0 0 1 /base_link /laser 50"/>

3.3 通過rqt/tf_echo查看TF tree的構(gòu)建情況：

4、利用RPLIDAR在ROS環(huán)境建圖：

4.1 當前開源的2D激光雷達slam的ROS package主要有：

gmapping

ros-perception/slam_gmapping

ros-perception/openslam_gmapping

Hector

tu-darmstadt-ros-pkg/hector_slam

karto

ros-perception/slam_karto

ros-perception/open_karto

skasperski/navigation_2d

cartographer

googlecartographer/cartographer

googlecartographer/cartographer_ros

4.2 TF tree（gmapping為例）

4.3 rqt_graph（gmapping為例）

4.4 SLAM建圖效果：

搭建系統(tǒng)取決統(tǒng)一好topic/service和tf的接口名稱，系統(tǒng)運行效果取決于里面的算法實現(xiàn)，可能變現(xiàn)在具體的啟動配置文件的參數(shù)設(shè)置和內(nèi)部算法實現(xiàn)，那就需要查看相應(yīng)論文和代碼中涉及的算法原理和算法實現(xiàn)。

5.與RPLIDAR 相關(guān)問題匯總與說明：

5.1 樹莓派等單板系統(tǒng)出現(xiàn)雷達無法啟動，請檢查是否是供電不足導(dǎo)致的問題;

5.2 rplidar_ros啟動前需要設(shè)置端口權(quán)限;

5.3 rplidar原始數(shù)據(jù)輸出是非固定角度增量的輸出形式，rplidar_ros輸出是修正式固定角度增量輸出的數(shù)據(jù)格式；

5.4 當前版本的rplidar_ros發(fā)出的激光數(shù)據(jù)中的ntenstity數(shù)據(jù)是fake的無效數(shù)據(jù)，不建議在實際中使用;

5.5 rplidar_ros 是360全角度輸出的rplidar驅(qū)動，如有固定角度需求，請自行添加角度濾波的節(jié)點;

5.6 使用過程中如有問題，先自行檢查端口權(quán)限，tf_tree和rqt_graph是否正常，如還是有問題，返回windows系統(tǒng)檢查官方驅(qū)動是否有問題；

如上述自檢均沒發(fā)現(xiàn)問題，但仍運行不正常，可附上檢查的信息以及難點一起發(fā)送至support@slamtec.com郵箱，我們將及時為各位小伙伴們解答！