由浅到深理解ROS（9）- 几个基本概念的理解坐标系包

1.坐标系

最常用的就是map，odom，base_link，base_laser坐标系，这也是开始接触gmapping的一些坐标系。

map:地图坐标系，顾名思义，一般设该坐标系为固定坐标系（fixed frame），一般与机器人所在的世界坐标系一致。

base_link:机器人本体坐标系，与机器人中心重合，当然有些机器人(PR 2)是base_footprint,其实是一个意思。(base_link坐标系原点一般为机器人的旋转中心，base_footprint坐标系原点为base_link原点在地面的投影，有些许区别（z值不同）)

odom：里程计坐标系，这里要区分开odom topic，这是两个概念，一个是坐标系，一个是根据编码器（或者视觉等）计算的里程计。但是两者也有关系，odom topic 转化得位姿矩阵是odom-->base_link的tf关系。这时可有会有疑问，odom和map坐标系是不是重合的？（这也是我写这个博客解决的主要问题）可以很肯定的告诉你，机器人运动开始是重合的。但是，随着时间的推移是不重合的，而出现的偏差就是里程计的累积误差。那map-->odom的tf怎么得到?就是在一些校正传感器合作校正的package比如amcl会给出一个位置估计（localization），这可以得到map-->base_link的tf，所以估计位置和里程计位置的偏差也就是odom与map的坐标系偏差。所以，如果你的odom计算没有错误，那么map-->odom的tf就是0.

base_laser:激光雷达的坐标系，与激光雷达的安装点有关，其与base_link的tf为固定的。

参考：http://www.ros.org/reps/rep-0105.html

2.包

在ROS中，进行导航需要使用到的三个包是：
      （1） move_base：根据参照的消息进行路径规划，使移动机器人到达指定的位置；
      （2） gmapping：根据激光数据（或者深度数据模拟的激光数据）建立地图；(gmapping是一个比较完善的地图构建开源包，使用激光和里程计的数据来生成二维地图。)
      （3） amcl：根据已经有的地图进行定位。

3.MoveIT

moveit是ros中一系列移动操作的功能包的组成，主要包含运动规划，碰撞检测，运动学，3D感知，操作控制等功能。

1.move_group:move_group是moveit的核心部分，可以综合机器人的各独立组件，为用户提供一系列的动作指令和服务。move_group类似于一个积分器，本身并不具备丰富的功能，主要做各功能包和插件的集成。它通过消息或服务的形式接收机器人上传的点云信息，joints的状态消息，还有机器人的tf tree，另外还需要ros的参数服务器提供机器人的运动学参数，这些参数会在使用setup assistant的过程中根据机器人的URDF模型文件，创建生成，包括SRDF文件和配置文件。

2.motion panning（运动规划）：在moveit中，运动规划算法是由运动规划器（motion planner）完成，而规划器是作为插件来安装的，可以通过ROS的pluginlib接口来加载需要的规划器。运动规划算法有很多，每一个运动规划器都是moveit的一个插件，可以根据需求选用不同的规划算法，move_group默认使用的是OMPL算法。

3.Planning Scene（规划场景）：可以为机器人创建一个具体的工作环境，加入一些障碍物。

4.Kinematics（运动学）：运动学算法是机械臂各种算法中的核心，尤其是逆运动学算法IK（inverse kinematics）。什么是逆运动学(IK)？简单说，就是把终端位姿变成关节角度，q=IK(p)。p是终端位姿(xyz)，q是关节角度。为什么要用IK？OMPL是采样算法，也就是要在关节空间采样。这与无人车的规划有一个最明显的区别，无人车的目标就是在采样空间， e.g. 目标是(x,y), 采样空间也是(x,y). 但是对于机械臂，目标是终端空间位置(xyz), 但采样空间却是关节空间(q0,q1,…qN)。有了IK之后，我们就可以把三维空间的目标p转化为关节空间的目标q。那么这样就会让采样算法能算的更快，具体方法不赘述，这样的算法有RRT-Connect，BKPIECE等等双向采样算法。moveit使用插件的形式可以让用户灵活的选择需要使用的反向运动学算法，也可以选择自己的算法。moveit中默认的IK算法是numerical jacobian-base算法。

5.collision checking（碰撞检测）：moveit使用CollisionWorld对象进行碰撞检测，采用FCL（Flexible Collision Library）功能包。碰撞检测是运动规划中最耗时的运算，往往会占用90%左右的时间，为了减少计算量，可用通过设置ACM（Allowed Collision Matrix）来进行优化，如果两个bodys之间的ACM设置为1，则意味着这两个bodys永远不会发生碰撞，不需要进行碰撞检测。

6.OMPL（open motion planning library）：开源运动规划库，是一个运动规划的C++库，其中包含了很多运动规划领域的前沿算法。虽然OMPL里面提到了最优规划，但总体来说OMPL还是一个采样规划算法库。而采样规划算法中，最出名的莫过于RRT（rapidly-exploring random trees）和PRM（probabilistic roadmap）。 OMPL能做什么？简单说，就是提供一个运动轨迹。给定一个机器人结构(假设有N个关节)，给定一个目标(比如终端移到xyz)，给定一个环境，那么OMPL会提供给你一个轨迹，包含M个数组，每一个数组长度是N，也就是一个完整的关节位置。沿着这个轨迹依次移动关节，就可以最终把终端移到xyz，当然，这个轨迹应当不与环境中的任何障碍发生碰撞。为什么用OMPL？运动规划的软件库和算法有很多，而OMPL由于其模块化的设计和稳定的更新，成为最流行的规划软件库之一。很多新算法都在OMPL开发。很多其他软件（包括ROS/MoveIt）都使用OMPL做运动规划。

7.用moveit控制机器人大概分以下几步：
a.建立机器人URDF模型
b.建立机器人ros驱动
c.生成moveit配置文件
d.标定相机
e.修改moveit配置文件和launch文件
其中在进行仿真操作过程中，不需要b，d，e三个步骤。