Turtlebot3+Cartographer配置运行

一、安装Cartographer

首先安装ubuntu对应的ROS内核版本（如：Noetic、Melodic、Lunar等版本，注意：要和ubuntu的版本对应）。

ros对应不同的ubuntu版本有不同的版本名字：

ubuntu16.04对应ros-kinetic；

ubuntu18.04对应ros-melodic；

ubuntu20.04对应ros-noetic。

如在Ubuntu20.04上，要安装ros应该用：

sudo apt-get install ros-noetic-desktop-full

参考：https://blog.csdn.net/qaqlalala/article/details/127818168

再安装cartographer_ros

参考：

（1）官网：https://google-cartographer-ros.readthedocs.io/en/latest/compilation.html#building-installation

（2）保姆级别的安装：https://blog.csdn.net/m0_45805756/article/details/126309855

（3）常见的update错误解决方法：https://blog.csdn.net/Kenny_GuanHua/article/details/116845781

注意：我的cartographer_ros安装目录是google_ws

二、安装Turtlebot3

安装Turtlebot3

将Turtlebot3安装在cartographer_ros安装目录中，这是因为方便环境变量设置，否则，可能找不到cartographer算法模块。

turtlebot3_simulations：包含了更丰富的仿真文件（如一些rviz和gazebo的launch文件）

turtlebot3：功能包中继承了了TurtleBot3的机器人文件、SLAM和导航功能包、遥控功能包和bringup功能包等

turtlebot3包下载地址：https://github.com/ROBOTIS-GIT/turtlebot3

turtlebot3_simulations包下载地址：https://github.com/ROBOTIS-GIT/turtlebot3_simulations

turtlebot3 wiki简介：http://wiki.ros.org/turtlebot3

主要是两种型号：Burger 和 Waffle Pi：

参数如下：

cd ~/google_ws/src
git clone https://github.com/ROBOTIS-GIT/turtlebot3.git
git clone https://github.com/ROBOTIS-GIT/turtlebot3_simulations.git
cd ..
rosdep install --from-paths src --ignore-src --rosdistro=${ROS_DISTRO} -y
catkin_make_isolated

启动Turtlebot3仿真环境

首先启动一个Terminal窗口

（1）设置环境变量：source ~/google_ws/devel_isolated/setup.bash

（2）设置默认的 TURTLEBOT3_MODEL。turtlebot3有三个版本，burger、waffle和waffle_pi，其中waffle_pi版本中配备的传感器最全面。

（3）运行。turtlebot3_gazebo是turtlebot3的包名，turtlebot3_stage_4.launch是要运行的文件名称。

这一步的作用是先创建好一个需要仿真的模拟环境。

source ~/google_ws/devel_isolated/setup.bash
export TURTLEBOT3_MODEL=burger
roslaunch turtlebot3_gazebo turtlebot3_stage_4.launch

开始建图

再新建一个Terminal窗口，运行：

source ~/google_ws/devel_isolated/setup.bash
export TURTLEBOT3_MODEL=burger
roslaunch turtlebot3_slam turtlebot3_slam.launch slam_methods:=cartographer configuration_basename:=turtlebot3_lds_2d_gazebo.lua

这一步的功能是调用相应的建图算法对上一步的环境进行建图。（slam_methods:=cartographer指定SLAM建图算法是cartographer）

每一个terminal都要运行：source ~/google_ws/devel_isolated/setup.bash和export TURTLEBOT3_MODEL=burger，设置环境变量。

source ~/google_ws/devel_isolated/setup.bash
export TURTLEBOT3_MODEL=burger

turtlebot3_slam是turtlebot3的包名；slam_methods:=cartographer是设置slam的算法（支持gmapping, cartographer, hector, karto, frontier_exploration这几个slam算法）；configuration_basename:=turtlebot3_lds_2d_gazebo.lua可以自行设置lua配置文件。

这一步中会自动调用rviz，对建图过程进行可视化。

手动控制建图

再新建一个Terminal窗口，运行如下命令打开键盘控制界面，可以通过键盘控制机器人进行移动，从而完成建图。

source ~/google_ws/devel_isolated/setup.bash
export TURTLEBOT3_MODEL=burger
roslaunch turtlebot3_teleop turtlebot3_teleop_key.launch

通过键盘进行控制小车的运行。

w和x：线速度；

a和d：角速度；

s：停止

三、分析

（1）首先看看roslaunch命令行：

roslaunch turtlebot3_gazebo turtlebot3_stage_4.launch

这句话是说：调用turtlebot3_gazebo功能包中的turtlebot3_stage_4.launch文件来启动仿真环境。

我们来看看配置文件turtlebot3_stage_4.launch：

目录：google_ws/src/turtlebot3_simulations/turtlebot3_gazebo/launch/turtlebot3_stage_4.launch

<launch><arg name="model" default="$(env TURTLEBOT3_MODEL)" doc="model type [burger, waffle, waffle_pi]"/><arg name="x_pos" default="-0.7"/><arg name="y_pos" default="0.0"/><arg name="z_pos" default="0.0"/><!--首先启动一个empty_world.launch（空的world），这个world的参数有：world_name、pauseduse_sim_time等--><include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch"><arg name="world_name" value="$(find turtlebot3_gazebo)/worlds/turtlebot3_stage_4.world"/><arg name="paused" value="false"/><arg name="use_sim_time" value="true"/><arg name="gui" value="true"/><arg name="headless" value="false"/><arg name="debug" value="false"/></include>  <param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro --inorder $(find turtlebot3_description)/urdf/turtlebot3_$(arg model).urdf.xacro" /><!--最后启动一个节点spawn_urdf，属于gazebo_ros包，类型是spawn_model，传入上述的arg参数--><node name="spawn_urdf" pkg="gazebo_ros" type="spawn_model" args="-urdf -model turtlebot3_burger -x $(arg x_pos) -y $(arg y_pos) -z $(arg z_pos) -param robot_description" /></launch>

（2）再来看看命令：

source ~/google_ws/devel_isolated/setup.bash

export TURTLEBOT3_MODEL=burger

roslaunch turtlebot3_slam turtlebot3_slam.launch slam_methods:=cartographer configuration_basename:=turtlebot3_lds_2d_gazebo.lua

这个命令是：调用turtlebot3_slam功能包中的turtlebot3_slam.launch文件启动建图功能，参数是：slam_methods和configuration_basename。

a.首先我们来看看配置文件turtlebot3_lds_2d_gazebo.lua。

目录：google_ws/src/turtlebot3/turtlebot3_slam/config/turtlebot3_lds_2d_gazebo.lua

#turtlebot3_lds_2d_gazebo.lua-- Copyright 2016 The Cartographer Authors
--
-- Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
-- you may not use this file except in compliance with the License.
-- You may obtain a copy of the License at
--
--      http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
--
-- Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
-- distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
-- WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
-- See the License for the specific language governing permissions and
-- limitations under the License.include "map_builder.lua"
include "trajectory_builder.lua"options = {map_builder = MAP_BUILDER,trajectory_builder = TRAJECTORY_BUILDER,map_frame = "map", --地图坐标系的名字tracking_frame = "base_footprint", -- imu_link, If you are using gazebo, use 'base_footprint' (libgazebo_ros_imu's bug)published_frame = "odom", -- 设置为tf树最顶端的坐标系名称，设置完成后cartographer会发布map->published_frame的坐标系odom_frame = "odom", -- 里程计的坐标系名字provide_odom_frame = false, -- 是否提供odom的tf, 如果为true,则tf树为map->odom->footprint，如果为false，则tf树为map->published_framepublish_frame_projected_to_2d = false, -- 是否将坐标系投影到平面上，一般为falseuse_odometry = true, --是否使用里程计,如果使用要求一定要有odom的tfuse_nav_sat = false, --是否使用gpsuse_landmarks = false, --是否使用landmark num_laser_scans = 1, --是否使用单线激光数据并设置订阅topic的数量num_multi_echo_laser_scans = 0, --是否使用multi_echo_laser_scans并设置订阅topic的数量num_subdivisions_per_laser_scan = 1, --1帧数据被分成几次处理,一般为1num_point_clouds = 0, -- 是否使用16线点云数据lookup_transform_timeout_sec = 0.2,-- 查找tf时的超时时间submap_publish_period_sec = 0.3,-- 发布数据的时间间隔pose_publish_period_sec = 5e-3,trajectory_publish_period_sec = 30e-3,-- 传感器数据的采样频率rangefinder_sampling_ratio = 1., --设置为0.1则表示每10帧数据使用1帧数据odometry_sampling_ratio = 1.,fixed_frame_pose_sampling_ratio = 1.,imu_sampling_ratio = 1.,landmarks_sampling_ratio = 1.,
}--修改之前5个lua文件参数可以使用这种方式MAP_BUILDER.use_trajectory_builder_2d = true -- 进行2D建图TRAJECTORY_BUILDER_2D.min_range = 0.1 --激光的最近有效距离
TRAJECTORY_BUILDER_2D.max_range = 3.5 --激光最远的有效距离
TRAJECTORY_BUILDER_2D.missing_data_ray_length = 3. --无效激光数据设置距离为该数值
TRAJECTORY_BUILDER_2D.use_imu_data = true --是否使用imu数据
TRAJECTORY_BUILDER_2D.use_online_correlative_scan_matching = true
TRAJECTORY_BUILDER_2D.motion_filter.max_angle_radians = math.rad(0.1)POSE_GRAPH.constraint_builder.min_score = 0.65
POSE_GRAPH.constraint_builder.global_localization_min_score = 0.7return options

b.我们再来看看启动文件

目录：google_ws/src/turtlebot3/turtlebot3_slam/launch/turtlebot3_slam.launch

<!-- turtlebot3_slam.launch -->
<launch><!-- Arguments --><!-- 自己可以设置模型的名称，如：burger, waffle, waffle_pi，一般通过export TURTLEBOT3_MODEL=burger来设置 --><arg name="model" default="$(env TURTLEBOT3_MODEL)" doc="model type [burger, waffle, waffle_pi]"/><!-- 自己可以设置slam算法 --><arg name="slam_methods" default="gmapping" doc="slam type [gmapping, cartographer, hector, karto, frontier_exploration]"/><!-- 配置文件的路径，默认是turtlebot3_lds_2d.lua，但是该参数在命令行中被指定为：turtlebot3_lds_2d_gazebo.lua --><arg name="configuration_basename" default="turtlebot3_lds_2d.lua"/><!-- true：表示默认启动rviz --><arg name="open_rviz" default="true"/><!-- TurtleBot3 --><!-- 启动TurtleBot3包中robot的外形配置文件 --><include file="$(find turtlebot3_bringup)/launch/turtlebot3_remote.launch"><arg name="model" value="$(arg model)" /></include><!-- SLAM: Gmapping, Cartographer, Hector, Karto, Frontier_exploration, RTAB-Map --><!-- 启动TurtleBot3的算法配置文件 --><include file="$(find turtlebot3_slam)/launch/turtlebot3_$(arg slam_methods).launch"><arg name="model" value="$(arg model)"/><arg name="configuration_basename" value="$(arg configuration_basename)"/></include><!-- rviz --><!-- 启动vriz配置文件 --><group if="$(arg open_rviz)"> <node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz" required="true"args="-d $(find turtlebot3_slam)/rviz/turtlebot3_$(arg slam_methods).rviz"/></group>
</launch>

c.我们看看TurtleBot3包中robot的外形配置文件turtlebot3_remote.launch

google_ws/src/turtlebot3/turtlebot3_slam/turtlebot3_bringup/launch/turtlebot3_remote.launch

<launch><arg name="model" default="$(env TURTLEBOT3_MODEL)" doc="model type [burger, waffle, waffle_pi]"/><!-- 多机协同，默认为空 --><arg name="multi_robot_name" default=""/><!-- 使用include函数将description.launch.xml文件包含进来 --><include file="$(find turtlebot3_bringup)/launch/includes/description.launch.xml"><arg name="model" value="$(arg model)" /></include><node pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" name="robot_state_publisher"><param name="publish_frequency" type="double" value="50.0" /><param name="tf_prefix" value="$(arg multi_robot_name)"/></node>
</launch>

d.我们看看description.launch.xml文件

目录：google_ws/src/turtlebot3/turtlebot3_slam/turtlebot3_bringup/launch/includes/description.launch.xml

<launch><arg name="model"/><!--使用xacro类型的文件来描述robot的外形，并用xacro命令进行解析，最后形成urdf类型文件，方便gazebo识别--><!--urdf描述语言不能进行逻辑判断等高级操作，而xacro类型文件支持高级语法，如变量定义、逻辑判断--><arg name="urdf_file" default="$(find xacro)/xacro --inorder '$(find turtlebot3_description)/urdf/turtlebot3_$(arg model).urdf.xacro'" /><param name="robot_description" command="$(arg urdf_file)" />
</launch>

f.最后我们看看我们看看turtlebot3_$(arg model).urdf.xacro文件，由于model我们通过export TURTLEBOT3_MODEL=burger命令设置为burger，所以，该文件是：turtlebot3_burger.urdf.xacro

目录：google_ws/src/turtlebot3/turtlebot3_description/urdf/turtlebot3_burger.urdf.xacro

注意base_link和base_footprint的区别：

base_link是固定在机器人本体上的坐标系，通常选择机器人腰部。

base_footprint表示机器人base_link原点在地面上的投影，区别base_link之处是其“z”坐标不同。

一般为了模型不陷入地面，base_footprint的“z”坐标比base_link高。

<?xml version="1.0" ?>
<robot name="turtlebot3_burger" xmlns:xacro="http://ros.org/wiki/xacro"><xacro:include filename="$(find turtlebot3_description)/urdf/common_properties.xacro"/><xacro:include filename="$(find turtlebot3_description)/urdf/turtlebot3_burger.gazebo.xacro"/><link name="base_footprint"/><!--设置joint(关节名为base_joint)，将base_link连接到base_footprint上面--><joint name="base_joint" type="fixed"><parent link="base_footprint"/><child link="base_link"/><!--相对于base_footprint坐标系，base_link在base_footprint上方0.01米处，没有旋转--><origin xyz="0.0 0.0 0.010" rpy="0 0 0"/></joint><link name="base_link"><visual><origin xyz="-0.032 0 0.0" rpy="0 0 0"/><geometry><mesh filename="package://turtlebot3_description/meshes/bases/burger_base.stl" scale="0.001 0.001 0.001"/></geometry><material name="light_black"/></visual><collision><origin xyz="-0.032 0 0.070" rpy="0 0 0"/><geometry><box size="0.140 0.140 0.143"/></geometry></collision><inertial><origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/><mass value="8.2573504e-01"/><inertia ixx="2.2124416e-03" ixy="-1.2294101e-05" ixz="3.4938785e-05"iyy="2.1193702e-03" iyz="-5.0120904e-06"izz="2.0064271e-03" /></inertial></link><joint name="wheel_left_joint" type="continuous"><parent link="base_link"/><child link="wheel_left_link"/><origin xyz="0.0 0.08 0.023" rpy="-1.57 0 0"/><axis xyz="0 0 1"/></joint><link name="wheel_left_link"><visual><origin xyz="0 0 0" rpy="1.57 0 0"/><geometry><mesh filename="package://turtlebot3_description/meshes/wheels/left_tire.stl" scale="0.001 0.001 0.001"/></geometry><material name="dark"/></visual><collision><origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/><geometry><cylinder length="0.018" radius="0.033"/></geometry></collision><inertial><origin xyz="0 0 0" /><mass value="2.8498940e-02" /><inertia ixx="1.1175580e-05" ixy="-4.2369783e-11" ixz="-5.9381719e-09"iyy="1.1192413e-05" iyz="-1.4400107e-11"izz="2.0712558e-05" /></inertial></link><joint name="wheel_right_joint" type="continuous"><parent link="base_link"/><child link="wheel_right_link"/><origin xyz="0.0 -0.080 0.023" rpy="-1.57 0 0"/><axis xyz="0 0 1"/></joint><link name="wheel_right_link"><visual><origin xyz="0 0 0" rpy="1.57 0 0"/><geometry><mesh filename="package://turtlebot3_description/meshes/wheels/right_tire.stl" scale="0.001 0.001 0.001"/></geometry><material name="dark"/></visual><collision><origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/><geometry><cylinder length="0.018" radius="0.033"/></geometry></collision><inertial><origin xyz="0 0 0" /><mass value="2.8498940e-02" /><inertia ixx="1.1175580e-05" ixy="-4.2369783e-11" ixz="-5.9381719e-09"iyy="1.1192413e-05" iyz="-1.4400107e-11"izz="2.0712558e-05" /></inertial></link><joint name="caster_back_joint" type="fixed"><parent link="base_link"/><child link="caster_back_link"/><origin xyz="-0.081 0 -0.004" rpy="-1.57 0 0"/></joint><link name="caster_back_link"><collision><origin xyz="0 0.001 0" rpy="0 0 0"/><geometry><box size="0.030 0.009 0.020"/></geometry></collision><inertial><origin xyz="0 0 0" /><mass value="0.005" /><inertia ixx="0.001" ixy="0.0" ixz="0.0"iyy="0.001" iyz="0.0"izz="0.001" /></inertial></link><joint name="imu_joint" type="fixed"><parent link="base_link"/><child link="imu_link"/><origin xyz="-0.032 0 0.068" rpy="0 0 0"/></joint><link name="imu_link"/><joint name="scan_joint" type="fixed"><parent link="base_link"/><child link="base_scan"/><origin xyz="-0.032 0 0.172" rpy="0 0 0"/></joint><!--Laser link的配置--><link name="base_scan"><visual><origin xyz="0 0 0.0" rpy="0 0 0"/><geometry><mesh filename="package://turtlebot3_description/meshes/sensors/lds.stl" scale="0.001 0.001 0.001"/></geometry><material name="dark"/></visual><collision><origin xyz="0.015 0 -0.0065" rpy="0 0 0"/><geometry><cylinder length="0.0315" radius="0.055"/></geometry></collision><inertial><mass value="0.114" /><origin xyz="0 0 0" /><inertia ixx="0.001" ixy="0.0" ixz="0.0"iyy="0.001" iyz="0.0"izz="0.001" /></inertial></link></robot>

参考文献

https://blog.csdn.net/m0_71775106/article/details/128303582