前期內(nèi)容：
功能介紹
Autolabor Simulation Base 主要用于模擬差速轉(zhuǎn)向的移動機器人底盤，其運作模式為訂閱 ROS速度信息 ，根據(jù)底盤自身參數(shù)限制(這里主要限制因素有最大速度與最大加速度)，以及設(shè)置的噪音參數(shù)模擬小車運行速度。并根據(jù)速度控制小車在X-Y平面中行駛。
小車在運行過程中會發(fā)布 ROS里程計信息 此處里程計數(shù)據(jù)中包含噪聲，用于模擬真實情況下的里程計數(shù)據(jù)。
同時該模塊會發(fā)布兩個坐標(biāo)轉(zhuǎn)換信息
- 里程計坐標(biāo)系 ——> 小車底盤坐標(biāo)系 的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換
- 小車底盤坐標(biāo)系 ——> 真實坐標(biāo)系 的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換
note
在ROS中坐標(biāo)轉(zhuǎn)換樹中，一個子節(jié)點最多只能有一個父節(jié)點。作為子節(jié)點 小車底盤坐標(biāo)系 不能同時擁有兩個坐標(biāo)系(里程計坐標(biāo)系，*真實坐標(biāo)系)，所以在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換樹中將真實坐標(biāo)系* 作為 小車底盤坐標(biāo)系 的子節(jié)點。
節(jié)點信息
訂閱話題
話題名稱：/cmd_vel
消息類型：geometry_msgs/Twist
話題說明：用于控制機器人地盤運動的速度指令
geometry_msgs/Twist 數(shù)據(jù)類型說明
geometry_msgs/Vector3 linear 線速度 單位為 m/s float64 x 前后移動的速度，+表示向前，-表示向后 float64 y 左右移動的速度，+表示向左，-表示向右 float64 z 上下移動的速度，+表示向上，-表示向下 geometry_msgs/Vector3 angular 角速度 單位為 rad/s float64 x 橫滾角速度，正負號依據(jù)右手法則決定 float64 y 俯仰角速度，正負號依據(jù)右手法則決定 float64 z 航向角速度，俯視小車時，+表示逆時針旋轉(zhuǎn)，-表示順時針旋轉(zhuǎn)小車使用差速轉(zhuǎn)向，僅能前后運動，所以在 線速度 中只有 X分量 有數(shù)據(jù)，其余分量為0
小車在水平面行駛，僅能水平轉(zhuǎn)動，所以在 角速度 中只有 Z分量 有數(shù)據(jù)，其余分量為0
發(fā)布話題
話題名稱：/odom
消息類型：nav_msgs/Odometry
話題說明：發(fā)布機器人的輪速里程計信息(此處數(shù)據(jù)帶有噪音)
nav_msgs/Odometry 數(shù)據(jù)類型說明
std_msgs/Header header 數(shù)據(jù)頭信息 uint32 seq 數(shù)據(jù)序列號 time stamp 數(shù)據(jù)時間戳信息 string frame_id 姿態(tài)數(shù)據(jù)(pose)所處的坐標(biāo)系 string child_frame_id 速度數(shù)據(jù)(twist)所在的坐標(biāo)系 geometry_msgs/PoseWithCovariance pose geometry_msgs/Pose pose 里程計姿態(tài)數(shù)據(jù)信息 geometry_msgs/Point position 里程計姿態(tài)數(shù)據(jù)的位置信息 float64 x float64 y float64 z geometry_msgs/Quaternion orientation 里程計姿態(tài)數(shù)據(jù)的方向信息(四元數(shù)) float64 x float64 y float64 z float64 w float64[36] covariance 姿態(tài)數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣(x, y, z, roll, pitch, yaw) geometry_msgs/TwistWithCovariance twist 里程計速度數(shù)據(jù)信息 geometry_msgs/Twist twist geometry_msgs/Vector3 linear 線速度信息 float64 x float64 y float64 z geometry_msgs/Vector3 angular 角速度信息 float64 x float64 y float64 z float64[36] covariance 速度信息的協(xié)方差矩陣(vx, vy, vz, v_roll, v_pitch, v_yaw)
節(jié)點參數(shù)
參數(shù)名稱：~odom_frame
參數(shù)類型：string
默認數(shù)據(jù)：odom
參數(shù)說明：里程計坐標(biāo)系的名稱
參數(shù)名稱：~base_link_frame
參數(shù)類型：string
默認數(shù)據(jù)：base_link
參數(shù)說明：小車坐標(biāo)系的名稱
參數(shù)名稱：~real_map_frame
參數(shù)類型：string
默認數(shù)據(jù)：real_map
參數(shù)說明：真實坐標(biāo)系的名稱
關(guān)于以上三個坐標(biāo)系的介紹，請看前期內(nèi)容ROS坐標(biāo)轉(zhuǎn)換講解。
參數(shù)名稱：~noise_v_linear
參數(shù)類型：double
默認數(shù)據(jù)：0.0
參數(shù)限制：必須大于等于0
參數(shù)說明：模擬行駛過程中在線速度中添加白噪音的標(biāo)準(zhǔn)差，單位為m/s，默認為不添加噪音
參數(shù)名稱：~noise_v_theta
參數(shù)類型：double
默認數(shù)據(jù)：0.0
參數(shù)限制：必須大于等于0
參數(shù)說明：模擬行駛過程中在角速度中添加白噪音的標(biāo)準(zhǔn)差，單位為rad/s，默認為不添加噪音
參數(shù)名稱：~max_a_linear
參數(shù)類型：double
默認數(shù)據(jù)：999.0
參數(shù)限制：必須大于0
參數(shù)說明：小車底盤行駛最大線加速度，單位為 m/s^2, 默認是一個比較大的值，在正常模擬情況下。小車能直接達到所給的速度
參數(shù)名稱：~max_a_theta
參數(shù)類型：double
默認數(shù)據(jù)：999.0
參數(shù)限制：必須大于0
參數(shù)說明：小車底盤行駛最大角加速度，單位為 rad/s^2, 默認是一個比較大的值，在正常模擬情況下。小車能直接達到所給的速度
參數(shù)名稱：~max_v_linear
參數(shù)類型：double
默認數(shù)據(jù)：1.0
參數(shù)限制：必須大于0
參數(shù)說明：小車底盤行駛線速度絕對值的最大值，單位為 m/s，比如在默認情況下，小車行駛速度為 , 當(dāng)控制速度超出這個范圍，小車按照離控制速度最近的極值運行
參數(shù)名稱：~max_v_theta
參數(shù)類型：double
默認數(shù)據(jù)：1.57
參數(shù)限制：必須大于0
參數(shù)說明：小車底盤行駛角速度絕對值的最大值，單位為 rad/s，說明與 max_v_linear 類似
參數(shù)名稱：~rate
參數(shù)類型：int
默認數(shù)據(jù)：30
參數(shù)限制：必須大于0
參數(shù)說明：小車模擬行駛更新位置的頻率，也是里程計信息發(fā)布的頻率，這個值越大，小車模擬行駛越平滑，同時需要計算量也就越大
使用示例
以下的實驗步驟必須在安裝好ROS環(huán)境以及編譯Autolabor Simulation功能包（如何編譯）的基礎(chǔ)下進行，如果您還未執(zhí)行上述操作，請先參考前面的使用文檔。假設(shè)ROS工作目錄為 ~/catkin_ws，并且Autolabor Simulation的源碼放在 ~/catkin_ws/src 中，如果你的環(huán)境和上述不一致，需要在下面的腳本中做相應(yīng)的替換。
進入ROS工作目錄
cd ~/catkin_ws
編譯模擬器(如果您已經(jīng)編譯過，可忽略此步)
catkin_make
添加模擬器相關(guān)環(huán)境變量
source devel/setup.bash
執(zhí)行添加鍵盤映射腳本（此操作只需操作一次）
cd ~/catkin_ws/autolabor_simulation-master/script
./add_keyboard_udev
進入autolabor_simulation_base包的launch文件夾
roscd autolabor_simulation_base/launch
創(chuàng)建ROS腳本文件
echo '<!-- autolabor_simulation_base demo -->
<launch>
<arg name="model" />
<arg name="gui" default="false" />
<param name="use_sim_time" value="false"/>
<param name="robot_description" textfile="$(find autolabor_description)/urdf/autolabor_pro1.urdf" />
<param name="use_gui" value="$(arg gui)" />
<node pkg="autolabor_simulation_base" type="simulation_base_node" name="autolabor_driver" output="screen">
<param name="odom_frame" value="odom"/>
<param name="base_link_frame" value="base_link"/>
<param name="real_map_frame" value="real_map"/>
<param name="noise_v_linear" value="0"/>
<param name="noise_v_theta" value="0"/>
<param name="max_a_linear" value="999.0"/>
<param name="max_a_theta" value="999.0"/>
<param name="max_v_linear" value="1.0"/>
<param name="max_v_theta" value="1.57"/>
<param name="rate" value="100"/>
</node>
<node name="keyboard_control" pkg="autolabor_keyboard_control" type="keyboard_control_node">
<param name="linear_min" value="0.2" />
<param name="linear_max" value="1.0" />
<param name="linear_step" value="0.2" />
<param name="angular_min" value="0.5" />
<param name="angular_max" value="1.57" />
<param name="angular_step" value="0.5" />
</node>
<node name="joint_state_publisher" pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" />
<node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="state_publisher" />
<node name="rviz" pkg="rviz" type="rviz"/>
</launch>
' > demo_simulation_base.launch
執(zhí)行剛才我們建立的ROS腳本
roslaunch autolabor_simulation_base demo_simulation_base.launch
此時我們會發(fā)現(xiàn)打開了一個窗口，如圖所示
在rviz的左側(cè)Displays窗口，找到 Global Options -> Fixed Frame，并將后面的值選成odom，如下圖
點擊rviz左下角的Add按鈕，在跳出的窗口中選擇 rviz -> TF，并單擊OK按鈕
同上操作步驟，點擊rviz左下角的Add按鈕，添加 rviz -> RobotModel，并單擊OK按鈕
我們在中間區(qū)域看到一個小黃車，此時我們就可以使用鍵盤上的上，下，左，右控制小車行進。
我們再來詳細看一下坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系，關(guān)閉小車模型，將視窗放大。
根據(jù)默認設(shè)置，base_link表示小車坐標(biāo)系，隨著通過鍵盤控制，base_link坐標(biāo)系在移動，在中間兩個靜止的坐標(biāo)系分別是odom(里程計編碼器)和real_map(真實坐標(biāo)系)。由于我們沒有設(shè)置里程計噪音real_map和odom始終重合，也就意味著里程計信息完全準(zhǔn)確。
這個時候我們可以嘗試修改ROS腳本文件demo_simulation_base.launch，將noise_v_linear改成0.2，noise_v_theta改成0.5。
首先在剛才打開Terminal的窗口使用Ctrl+C，結(jié)束之前的命令，并輸入下面內(nèi)容。
sed -i 's/<param name="noise_v_linear" value="0"\/>/<param name="noise_v_linear" value="0.2"\/>/' demo_simulation_base.launch
sed -i 's/<param name="noise_v_theta" value="0"\/>/<param name="noise_v_theta" value="0.5"\/>/' demo_simulation_base.launch
此時再運行該腳本
roslaunch autolabor_simulation_base demo_simulation_base.launch
按照上面的方法在rviz中添加tf數(shù)據(jù)顯示
會發(fā)現(xiàn)在小車行駛過程中，odom和real_map之間發(fā)生相對變化，這個變化就是里程計偏離真實位置的情況。
