Astar实现自定义的全局路径规划插件

文章目录

  • Astar实现自定义的全局路径规划插件
    • 1.插件功能包的建立
    • 2. 相关步骤
      • 2.1 建立工作空间和环境变量的配置
      • 2.2 建立功能包
      • 2.3 添加源文件与头文件
        • 2.3.1AstarNode.h头文件
        • 2.3.2AstarNode.cpp源文件
      • 2.4 插件包进行编译
        • 2.4.1 CMakeLists.txt改写
        • 2.4.2 astar_plugin.xml改写
        • 2.4.3 package.xml 改写
        • 2.4.4 编译
      • 2.5 检验插件包是否建立成功
      • 2.6 插件的使用
    • 3. 插件执行情况
    • 4. 注意事项

本篇代码: astar_plugin
参考链接: https://www.ncnynl.com/archives/201708/1887.html
参考视频: https://www.bilibili.com/video/BV1JF41137RH?spm_id_from=333.337.search-card.all.click
相信看过前几篇关于Astar算法的原理和使用,大家基本对算法本身有了一定了解,那么怎么把自己实现的路径规划放到真实机器人中,让机器人按照你实现的全局路径规划算法进行运动。

ROS具有及其丰富的插件机制,让众多开发者只需关注算法本身的实现,然后通过插件注册机制。本文会一步一步进行插件机制如何使用,并不会过多介绍算法本体。


1.插件功能包的建立

首先给出本文实现的Astar插件功能包的文件索引图

相关文件夹和文件说明如下

include:算法本体和插件机制实现的头文件

src:算法本体和插件机制实现的源文件

config:定位和导航的配置文件,测试时使用

params:导航和自身插件所需要的参数设置文件

launch:测试插件的启动文件

rviz:rviz配置文件

maps:测试所需要的仿真地图文件

CMakeLists.txt:编译插件包

package.xml:编译和注册插件包

astar_plugin.xml:插件包的说明


2. 相关步骤

2.1 建立工作空间和环境变量的配置

在根目录下

mkdir -p astar_ws/src
cd astar_ws/src
catkin_init_worksapce
cd ..
catkin_make

配置环境变量

sudo gedit ~/.bashrc

在打开的文件下方添加

source ~/astar_ws/devel/setup.bash

最后在配置环境变量

source ~/.bashrc

2.2 建立功能包

cd astar_ws/src
catkin_create_pkg astar_plugin nav_core roscpp rospy std
catkin_make

注意在创建功能包一定需要添加nav_core消息类型

2.3 添加源文件与头文件

include头文件/src源文件包括

Astar.h/Astar.cpp:Astar算法本体文件,就是Astar与C++可视化在RVIZ的二维栅格地图章的算法

AstarNode.h/AstarNode.cpp:插件机制与对外接口函数

2.3.1AstarNode.h头文件

头文件基本框架如下,首先定义一个命名空间Astar_planner,然后定义一个C++类AstarPlannerRos ,该类一定要继承nav_core::BaseGlobalPlanner。然后在该类中重写initialize,makePlan方法

#pragma once
#ifndef __ROS_Astar__
#define __ROS_Astar__
#include <iostream>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netdb.h>
#include <string>
#include <ros/ros.h>
#include <actionlib/client/simple_action_client.h>
#include <move_base_msgs/MoveBaseAction.h>
#include <geometry_msgs/Twist.h>
#include <geometry_msgs/PoseStamped.h>
#include <geometry_msgs/PoseWithCovarianceStamped.h>
#include <move_base_msgs/MoveBaseGoal.h>
#include <move_base_msgs/MoveBaseActionGoal.h>
#include "sensor_msgs/LaserScan.h"
#include "sensor_msgs/PointCloud2.h"
#include <nav_msgs/Odometry.h>
#include <nav_msgs/OccupancyGrid.h>
#include <nav_msgs/Path.h>
#include <nav_msgs/GetPlan.h>
#include <tf/tf.h>
#include <tf/transform_datatypes.h>
#include <tf/transform_listener.h>
#include <boost/foreach.hpp>
#include <costmap_2d/costmap_2d_ros.h>
#include <costmap_2d/costmap_2d.h>
#include <nav_core/base_global_planner.h>
#include <geometry_msgs/PoseStamped.h>
#include <base_local_planner/world_model.h>
#include <base_local_planner/costmap_model.h>
#include <set>
using namespace std;
namespace Astar_planner
{class AstarPlannerRos:public nav_core::BaseGlobalPlanner{public:AstarPlannerRos();AstarPlannerRos(ros::NodeHandle &);AstarPlannerRos(std::string name,costmap_2d::Costmap2DROS* costmap_ros);ros::NodeHandle ROSNodeHandle;void loadRosParamFromNodeHandle(const ros::NodeHandle& nh);void initialize(std::string name,costmap_2d::Costmap2DROS* costmap_ros);bool makePlan(const geometry_msgs::PoseStamped& start,const geometry_msgs::PoseStamped& goal,std::vector<geometry_msgs::PoseStamped>& plan);std::vector<int> WorldTomap(double wx,double wy);std::vector<double> MapToWorld(int my, int mx);costmap_2d::Costmap2DROS* costmap_ros_;costmap_2d::Costmap2D* costmap_;bool initialize_; private:std::vector<int>m_mapData;int m_width;int m_hight;std::string m_distance;double m_weight_a;double m_weight_b;};
};
#endif

2.3.2AstarNode.cpp源文件

源文件主要对头文件中各函数进行实现,其中比较重要的是

loadRosParamFromNodeHandle:该函数用于加载外部的参数文件,实现源代码与参数解耦。自定义函数

initialize:主要用于地图相关数据的读取,地图数据是一维,其中0表示自由可通行区域,100表示障碍物。并不是自定义的函数,需要重写。

makePlan:进行路径轨迹的生成,通过函数自带的起点start和目标点goal,以及算法本身的调用,最终生成plan路径。并不是自定义的函数,需要重写。

注意:并且makePlan在生成路径点的时候,一定要生成从起点到终点的路径,不能生成从终点到起点的路径(Astar一般都是逆向寻找路径点,默认生成从终点到起点的)。这点一定要注意,本人在这个地方卡了很长时间,编译不报错,运行不报错,就是不生成路径,特别难受。这也是本文代码中for (int i=astarPath.size()-1;i>-1;i–)的原因。如果你的算法本身生成就是从起点到终点的,那么就可以直接进行for循环了。

#include <stdio.h>
#include <string>
#include "AstarNode.h"
#include "Astar.h"
#include <pluginlib/class_list_macros.h>
#include <ctime>
PLUGINLIB_EXPORT_CLASS(Astar_planner::AstarPlannerRos,nav_core::BaseGlobalPlanner)int mapSize;
float originX;
float originY;
int width;
int hight;
float resolution;namespace Astar_planner
{AstarPlannerRos::AstarPlannerRos(){}AstarPlannerRos::AstarPlannerRos(ros::NodeHandle &nh){ROSNodeHandle=nh;}AstarPlannerRos::AstarPlannerRos(std::string name,costmap_2d::Costmap2DROS* costmap_ros){initialize(name,costmap_ros);}void AstarPlannerRos::loadRosParamFromNodeHandle(const ros::NodeHandle& nh){nh.param("distance",m_distance,std::string("euclidean"));nh.param("weight_a",m_weight_a,1.0);nh.param("weight_b",m_weight_b,1.0);}void AstarPlannerRos::initialize(std::string name,costmap_2d::Costmap2DROS* costmap_ros){cout<<"######### hello astar plugins ##########"<<endl;if (!initialize_){costmap_ros_=costmap_ros;costmap_=costmap_ros_->getCostmap();originX = costmap_->getOriginX();originY = costmap_->getOriginY();width = costmap_->getSizeInCellsX();hight = costmap_->getSizeInCellsY();resolution = costmap_->getResolution();ros::NodeHandle nh("~/"+name);loadRosParamFromNodeHandle(nh);mapSize = width*hight;cout<<"************msg message**********"<<endl;cout<<"originX:"<<originX<<endl;cout<<"originY:"<<originY<<endl;cout<<"width:"<<width<<endl;cout<<"height:"<<hight<<endl;cout<<"resolution:"<<resolution<<endl;cout<<"*********************************"<<endl;m_mapData.resize(mapSize);m_width=width;m_hight=hight;for (int iy=0;iy<costmap_->getSizeInCellsY();iy++){for (int ix=0;ix<costmap_->getSizeInCellsX();ix++){unsigned int cost=static_cast<int>(costmap_->getCost(ix,iy));if (cost==0)m_mapData[iy*width+ix]=0;elsem_mapData[iy*width+ix]=100;}}ROS_INFO("Astar planner initialized successfully");initialize_ = true;}elseROS_WARN("This planner has already been initialized... doing nothing");}bool AstarPlannerRos::makePlan(const geometry_msgs::PoseStamped& start,const geometry_msgs::PoseStamped& goal,std::vector<geometry_msgs::PoseStamped>& plan){cout<<"######hello astar plan######"<<endl;if (!initialize_){ROS_ERROR("The planner has not been initialized, please call initialize() to use the planner");return false;}ROS_DEBUG("Got a start: %.2f, %.2f, and a goal: %.2f, %.2f", start.pose.position.x, start.pose.position.y,goal.pose.position.x, goal.pose.position.y);plan.clear();if (goal.header.frame_id != costmap_ros_->getGlobalFrameID()){ROS_ERROR("This planner as configured will only accept goals in the %s frame, but a goal was sent in the %s frame.",costmap_ros_->getGlobalFrameID().c_str(), goal.header.frame_id.c_str());return false;}tf::Stamped < tf::Pose > goal_tf;tf::Stamped < tf::Pose > start_tf;poseStampedMsgToTF(goal, goal_tf);poseStampedMsgToTF(start, start_tf);float startX = start.pose.position.x;float startY = start.pose.position.y;float goalX = goal.pose.position.x;float goalY = goal.pose.position.y;cout<<"startX:"<<startX<<" "<<"startY:"<<startY<<endl;cout<<"goalX:"<<goalX<<" "<<"goalY:"<<goalY<<endl;//定义起点std::vector<std::vector<int> >start_map_point;start_map_point.clear();start_map_point.push_back(WorldTomap(startX,startY));cout<<"start:"<<"("<<start_map_point[0][0]<<","<<start_map_point[0][1]<<")"<<endl;if (start_map_point[0][0]==-1&&start_map_point[0][1]==-1)std::cout<<"\033[0;31m[E] : Please set the valid goal point\033[0m"<<endl;//定义终点std::vector<std::vector<int> >goal_map_point;goal_map_point.clear();goal_map_point.push_back(WorldTomap(goalX,goalY));cout<<"goal:"<<"("<<goal_map_point[0][0]<<","<<goal_map_point[0][1]<<")"<<endl;if (goal_map_point[0][0]==-1&&goal_map_point[0][1]==-1)std::cout<<"\033[0;30m[Kamerider E] : Please set the valid goal point\033[0m"<<endl;//开始Astar寻路int xStart=start_map_point[0][1];int yStart=start_map_point[0][0];int xStop=goal_map_point[0][1];int yStop=goal_map_point[0][0];// float weight_a=1.0;// float weight_b=1.0;// std::string distance="euclidean";ASTAR::CAstar astar(xStart, yStart, xStop, yStop, m_weight_a, m_weight_b,ASTAR::CAstar::PathType::NOFINDPATHPOINT,m_distance);astar.InitMap(m_mapData,m_width,m_hight);std::vector<std::pair<int, int> >astarPath;   //Astar算法的路径点clock_t time_stt=clock();astarPath=astar.PathPoint();cout<<"\033[0;32m[W] :Astar Get Time:\033[0m"<<1000*(clock()-time_stt)/(double)CLOCKS_PER_SEC<<"ms"<<endl;cout<<"astar size:"<<astarPath.size()<<endl;if (astarPath.size()>0){for (int i=astarPath.size()-1;i>-1;i--){geometry_msgs::PoseStamped current_pose=goal;float x=0.0,y=0.0;x=MapToWorld(astarPath[i].first,astarPath[i].second)[0];y=MapToWorld(astarPath[i].first,astarPath[i].second)[1];current_pose.pose.position.x=x;current_pose.pose.position.y=y;current_pose.pose.position.z = 0.0;current_pose.pose.orientation.x = 0.0;current_pose.pose.orientation.y = 0.0;current_pose.pose.orientation.z = 0.0;current_pose.pose.orientation.w = 1.0;plan.push_back(current_pose);}return  true;}else{ROS_WARN("Not valid start or goal");return false;}}std::vector<int> AstarPlannerRos::WorldTomap(double wx,double wy){std::vector<int> v;v.clear();if (wx<(1.0*originX) || wy<(1.0*originY)){v.push_back(-1);v.push_back(-1);return v;}int mx=int((1.0*(wx-originX))/resolution);int my=int((1.0*(wy-originY))/resolution);if (mx<width && my<hight){v.push_back(mx);v.push_back(my);return v;}}std::vector<double> AstarPlannerRos::MapToWorld(int my,int mx){std::vector<double> v;v.clear();if(mx>width || my>hight){v.push_back(-1);v.push_back(-1);return v;}double wx=(mx*resolution+originX);double wy=(my*resolution+originY);if (wx>originX&&wy>originY){v.push_back(wx);v.push_back(wy);return v;}}
};

2.4 插件包进行编译

2.4.1 CMakeLists.txt改写

主要是将AstarNode.cpp编译成libastar_plugin_lib.so动态链接库。

cmake_minimum_required(VERSION 2.8.3)
project(astar_plugin)# add_compile_options(-std=c++11)find_package(catkin REQUIRED COMPONENTSnav_coreroscpprospystd_msgs
)include_directories(
# include${catkin_INCLUDE_DIRS}
)include_directories(include/astar_plugin)
add_library(astar_plugin_lib src/AstarNode.cpp src/Astar.cpp)

2.4.2 astar_plugin.xml改写

其中lib/libastar_plugin_lib表示上述生成动态链接库的位置

classname按照命名空间/类名,type按照命名空间::类名,base_class_type表示继承的父类。

<library path="lib/libastar_plugin_lib"><class name="Astar_planner/AstarPlannerRos" type="Astar_planner::AstarPlannerRos" base_class_type="nav_core::BaseGlobalPlanner"><description>This is astar global planner plugin by iroboapp project.</description></class>
</library>

2.4.3 package.xml 改写

前面都是一些基本的ros包一些依赖的添加,主要重要的是export中对插件说明文件astar_plugin.xml进行注册。

<?xml version="1.0"?>
<package format="2"><name>astar_plugin</name><version>0.0.0</version><description>The astar_plugin package</description><maintainer email="tgj@todo.todo">tgj</maintainer><license>TODO</license><buildtool_depend>catkin</buildtool_depend><build_depend>nav_core</build_depend><build_depend>roscpp</build_depend><build_depend>rospy</build_depend><build_depend>std_msgs</build_depend><build_export_depend>nav_core</build_export_depend><build_export_depend>roscpp</build_export_depend><build_export_depend>rospy</build_export_depend><build_export_depend>std_msgs</build_export_depend><exec_depend>nav_core</exec_depend><exec_depend>roscpp</exec_depend><exec_depend>rospy</exec_depend><exec_depend>std_msgs</exec_depend><!-- The export tag contains other, unspecified, tags --><export><!-- Other tools can request additional information be placed here --><nav_core plugin="${prefix}/astar_plugin.xml" /></export>
</package>

为了插件包的正常工作,建议将上述三者编译文件路径均放在同一文件中,具体位置见插件功能包的建立。

2.4.4 编译

cd astar_ws/src/astar_plugin
catkin_make

2.5 检验插件包是否建立成功

上述如果编译没问题,那么在终端

rospack plugins --attrib=plugin nav_core

进行astar的插件判断

如果没有发现astar插件,并且编译没有报错,极有可能环境变量没有添加成功。

2.6 插件的使用

全局路径规划插件使用当然在ros中的move_base节点中,添加自定义的全局路径规划器base_global_planner,然后动态加载自定义的该插件算法所用到的一些参数文件astar_plugin_param.yaml。并且注意一点将原先存在的全局路径规划器注释掉。


3. 插件执行情况

再说插件执行情况之前,先简单介绍launch与各个文件夹之间的关系。

启动

roslaunch astar_plugin start_plugin.launch

通过rviz中的2D Nav Goal设置一个目标点,则执行情况如下。

时刻1 时刻2 时刻3
结果

4. 注意事项

Ubuntn16.04 turtlebot1代功能包安装直接二进制安装

sudo apt-get install ros-kinetic-turtlebot-*
#其实就是缺啥包安装哪个就行

Ubuntn18.04 由于二进制安装的turtlebot为turtlrbot2,代码并不能通用,因此需要通过源码安装turtlebot,网上有很多方法,但是比较费事,现在推荐一款较方便的方法.ROS Melodic安装、配置和使用turtlebot2(集成众多源代码直接下载

#1.安装依赖包
sudo apt-get install ros-melodic-kobuki-*
sudo apt-get install ros-melodic-ecl-streams
sudo apt-get install libusb-dev
sudo apt-get install libspnav-dev
sudo apt-get install ros-melodic-joystick-drivers
sudo apt-get install bluetooth
sudo apt-get install libbluetooth-dev
sudo apt-get install libcwiid-dev
sudo apt-get install ros-melodic-bfl
#2.编译安装,turtlebot_ws为工作空间
git clone https://gitee.com/massif_li/turtlebot_ws.git
cd turtlebot_ws
catkin_make

可能遇到的问题

问题1:Failed to load nodelet [/navigation_velocity_smoother] of type [yocs_velocity_smoother/VelocitySmootherNodelet] even after refreshing the cache: According to the loaded plugin descriptions the class yocs_velocity_smoother/VelocitySmootherNodelet with base class type nodelet::Nodelet does not exist.

解决方法:

sudo apt-get install ros-melodic-yocs-velocity-smoother

参考:原文链接:https://blog.csdn.net/gloria_littlechi/article/details/107402856 、
https://blog.csdn.net/gloria_littlechi/article/details/107402856

问题2:出现ImportError: No module named scipy

解决方法:

sudo apt-get install python-scipy

参考:https://blog.csdn.net/qq_41204464/article/details/103575669

问题3:若运行出现amcl、map_server、move_base等包的缺失,则直接通过二进制安装即可

注意:上述代码是自己慢慢摸索出来的,可能会存在一定的bug,但是整体的全局路径规划算法框架基本没有问题,转载请注明出处,谢谢。

(一)路径规划算法---Astar实现自定义的全局路径规划插件相关推荐

  1. 路径规划算法:基于鸟群优化的路径规划算法- 附代码

    路径规划算法:基于鸟群优化的路径规划算法- 附代码 文章目录 路径规划算法:基于鸟群优化的路径规划算法- 附代码 1.算法原理 1.1 环境设定 1.2 约束条件 1.3 适应度函数 2.算法结果 3 ...

  2. (一)路径规划算法---Astar与C++可视化在RVIZ的二维栅格地图

    Astar与C++可视化在RVIZ的二维栅格地图中 文章目录 Astar与C++可视化在RVIZ的二维栅格地图中 1.功能包介绍 2.二维栅格地图以及相关坐标系说明 2.1 世界坐标系 2.2 栅格坐 ...

  3. 【ROS-Navigation】—— Astar路径规划算法解析

    文章目录 前言 1. 导航的相关启动和配置文件 1.1 demo01_gazebo.launch 1.2 nav06_path.launch 1.3 nav04_amcl.launch 1.4 nav ...

  4. Ubuntu1804下的Melodic版本Moveit和OMPL的源码安装,并自定义规划算法在Moveit上使用

    目录标题 1.Moveit的源码安装 1.1卸载二进制安装的Moveit 1.2源码安装Moveit 2.OMPL源码安装 2.1卸载OMPL 2.2源码安装OMPL 3.自定义规划算法 3.1自定义 ...

  5. 扫地机器人路径规划算法解读

    随着人们生活水平的提高,人们对于智能家居的需求日益旺盛,扫地机器人就是其中之一,据前瞻网发布的数据显示,2018年扫地机市场增长预计达到120亿元,随着扫地机器人技术的不断发展,未来扫地机器人将会有更 ...

  6. 路径规划算法_自动驾驶汽车路径规划算法浅析

    自动驾驶汽车的路径规划算法最早源于机器人的路径规划研究,但是就工况而言却比机器人的路径规划复杂得多,自动驾驶车辆需要考虑车速.道路的附着情况.车辆最小转弯半径.外界天气环境等因素. 本文将为大家介绍四 ...

  7. 苏宁 11.11:仓库内多 AGV 协作的全局路径规划算法研究

    本文为『InfoQ x 苏宁 2018双十一』技术特别策划系列文章之一. 1. 背景 随着物联网和人工智能的发展,越来越多的任务渐渐的被机器人取代,机器人逐渐在发展中慢慢进入物流领域,"智能 ...

  8. 路径规划算法:基于樽海鞘算法的路径规划算法- 附代码

    路径规划算法:基于樽海鞘优化的路径规划算法- 附代码 文章目录 路径规划算法:基于樽海鞘优化的路径规划算法- 附代码 1.算法原理 1.1 环境设定 1.2 约束条件 1.3 适应度函数 2.算法结果 ...

  9. Apollo星火计划学习笔记——Apollo路径规划算法原理与实践

    文章目录 前言 1. 路径规划算法总体介绍 1.1 Task: LANE_CHANGE_DECIDER 1.2 Task: PATH_REUSE_DECIDER 1.3 Task: PATH_BORR ...

最新文章

  1. AC日记——中庸之道 codevs 2021
  2. 开机出现grub rescue无法进入系统 恢复ubuntu系统下grub引导 windows xp和ubuntu9.10双系统引导程序的修复
  3. 阡陌路-车行天下之新手必备手册
  4. Java Dictionary get()方法与示例
  5. java excel 注解_Java注解--实现简单读取excel
  6. 崩溃!新浪程序员加班错失 77 万年会大奖
  7. 华为收购港湾核心业务 6年恩怨尘埃落定
  8. 如何将win10的资源管理器指向“这台电脑”?
  9. linux切大文件为小文件,linux系统下分割大文件的方法
  10. 深度强化学习之近端策略优化(Proximal Policy Optimization)
  11. 信息处理工具计算机.ppt,第二课_计算机信息处理工具讲述.ppt
  12. 身份证前6位编码与地址对应关系表
  13. 腾讯微云下载慢解决办法
  14. PHP 判断一个数是否是质数
  15. SXF-2021软测实习生笔试
  16. ios代码拨打电话时,电话号码格式兼容性处理问题:
  17. 编辑中的word变成只读_word文件怎么将只读模式改为可以修改
  18. 扫地机器人石头爬坡_用了就再也离不开的懒人神器,石头扫地机器人P5初体验...
  19. 3 idiots的台词
  20. 如何让同步/刷新的图标(el-icon-refresh)旋转起来

热门文章

  1. 西门子触摸屏通讯连接及下装注意事项
  2. Java编程 等差数列
  3. android 流量 mate9,华为mate9 pro肿么用省手机流量
  4. 多重派生及有子对象的构造函数
  5. 设计师的自我修养:细数优点和缺点
  6. 搬家通知:博客园和csdn同步
  7. 第九章 - 线程安全集合类
  8. Lucene,Solr和Elasticsearch中的印度尼西亚语言
  9. 此情无计可消除,才下眉头,却上心头
  10. 京东18届一年半经验社招面经