Ros Slam 之Cartographer介绍

 

 Cartographer是Google开源的一个可跨多个平台和传感器配置以2D和3D形式提供实时同时定位和建图（SLAM）的系统。

github地址：https://github.com/cartographer-project/cartographer 文档地址：https://google-cartographer.readthedocs.io/en/latest

在机器人公司里，建图最终方案大都是采用了Cartographer，甚至花费大量人力物力对Cartographer算法进行裁剪，这足以表明Cartographer算法的优越性。

Cartographer系统架构概述（简单看看即可，如果大家后面确定研究方向是SLAM可以深入学习）：

简单的可以看到左边的可选的输入有深度信息、里程计信息、IMU数据、固定Frame姿态。

2.Carttographer安装

2.1 apt安装
安装carotgrapher

sudo apt install ros-humble-cartographer

需要注意我们不是直接使用cartographer，而是通过cartographer-ros功能包进行相关操作，所以我们还需要安装下cartographer-ros

sudo apt install ros-humble-cartographer-ros

2.2 源码安装
比较推荐源码安装的方式，毕竟是以学习为目的，我们后面要稍微看一下源码。
将下面的源码克隆到fishbot_ws的src目录下：

git clone https://ghproxy.com/https://github.com/ros2/cartographer.git -b ros2
git clone https://ghproxy.com/https://github.com/ros2/cartographer_ros.git -b ros2

安装依赖
这里我们使用rosdepc进行依赖的安装，rosdepc指令找不到可以先运行下面的一键安装命令，选择一键配置rosdep即可。

wget http://fishros.com/install -O fishros && . fishros 

接着在fishbot_ws下运行下面这个命令进行依赖的安装。

rosdepc 是小鱼制作的国内版rosdep，是一个用于安装依赖的工具。该工具的安装可以采用一键安装进行，选项编号为3。安装完成后运行一次rodepc update即可使用。

rosdepc install -r --from-paths src --ignore-src --rosdistro $ROS_DISTRO -y

编译
这里有一个新的命令--packages-up-to，意思是其所有依赖后再编译该包

colcon build --packages-up-to cartographer_ros

2.3 测试是否安装成功
如果是源码编译请先source下工作空间后再使用下面指令查看是否安装成功；

ros2 pkg list | grep cartographer

能看到下面的结果即可

cartographer_ros
cartographer_ros_msgs

可能你会好奇为什么没有cartographer，因为cartographer包的编译类型原因造成的，不过没关系，cartographer_ros依赖于cartographer，所以有cartographer_ros一定有cartographer。

3.Cartographer参数配置
作为一个优秀的开源库，Cartographer提供了很多可以配置的参数，虽然灵活性提高了，但同时也提高了使用难度（需要对参数进行调节配置），所以有必要在正式使用前对参数进行基本的介绍。

因为我们主要使用其进行2D的建图定位，所以我们只需要关注2D相关的参数。

Cartographer参数是使用lua文件来描述的，不会lua也没关系，我们只是改改参数而已。

小鱼提示：lua中的注释采用 -- 开头

键入以搜索
动手学ROS2
（一）​ROS2入门篇

（二）机器人学篇

（三）建模仿真篇

（四）Nav2导航篇

第 10 章 SLAM建图

章节导读
基础篇-图像基础
入门篇-SLAM建图
1.SLAM前世今生
2.Carto介绍及安装
1.Cartographer介绍
2.Carttographer安装
2.1 apt安装
2.2 源码安装
2.3 测试是否安装成功
3.Cartographer参数配置
4.总结
3.配置FishBot进行建图
进阶篇-Carto与地图
第 11 章 Nav2导航仿真实战

第 12 章 Nav2进阶实践

（五）ROS2硬件控制篇

（六）FishBot移动机器人开发篇

（七）Moveit2机械臂篇

ROS 2常用代码模板

2. Cartographer介绍与安装
1.Cartographer介绍
cartographer

Cartographer是Google开源的一个可跨多个平台和传感器配置以2D和3D形式提供实时同时定位和建图（SLAM）的系统。

github地址：https://github.com/cartographer-project/cartographer 文档地址：https://google-cartographer.readthedocs.io/en/latest

在小鱼呆过的机器人公司里，建图最终方案都是采用了Cartographer，甚至花费大量人力物力对Cartographer算法进行裁剪，这足以表明Cartographer算法的优越性。

Cartographer系统架构概述（简单看看即可，如果大家后面确定研究方向是SLAM可以深入学习）：

简单的可以看到左边的可选的输入有深度信息、里程计信息、IMU数据、固定Frame姿态。

系统概述

2.Carttographer安装
2.1 apt安装
安装carotgrapher

sudo apt install ros-humble-cartographer
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解释
需要注意我们不是直接使用cartographer，而是通过cartographer-ros功能包进行相关操作，所以我们还需要安装下cartographer-ros

sudo apt install ros-humble-cartographer-ros
Copy to clipboardErrorCopied
解释
2.2 源码安装
小鱼比较推荐源码安装的方式，毕竟是以学习为目的，我们后面要稍微看一下源码。

将下面的源码克隆到fishbot_ws的src目录下：

git clone https://ghproxy.com/https://github.com/ros2/cartographer.git -b ros2
git clone https://ghproxy.com/https://github.com/ros2/cartographer_ros.git -b ros2
Copy to clipboardErrorCopied
解释
安装依赖
这里我们使用rosdepc进行依赖的安装，rosdepc指令找不到可以先运行下面的一键安装命令，选择一键配置rosdep即可。

wget http://fishros.com/install -O fishros && . fishros
Copy to clipboardErrorCopied
解释
接着在fishbot_ws下运行下面这个命令进行依赖的安装。

rosdepc 是小鱼制作的国内版rosdep，是一个用于安装依赖的工具。该工具的安装可以采用一键安装进行，选项编号为3。安装完成后运行一次rodepc update即可使用。

rosdepc install -r --from-paths src --ignore-src --rosdistro $ROS_DISTRO -y
Copy to clipboardErrorCopied
解释
编译
这里有一个新的命令--packages-up-to，意思是其所有依赖后再编译该包

colcon build --packages-up-to cartographer_ros
Copy to clipboardErrorCopied
解释
2.3 测试是否安装成功
如果是源码编译请先source下工作空间后再使用下面指令查看是否安装成功；

ros2 pkg list | grep cartographer
Copy to clipboardErrorCopied
解释
能看到下面的结果即可

cartographer_ros
cartographer_ros_msgs
Copy to clipboardErrorCopied
解释
可能你会好奇为什么没有cartographer，因为cartographer包的编译类型原因造成的，不过没关系，cartographer_ros依赖于cartographer，所以有cartographer_ros一定有cartographer。

3.Cartographer参数配置
作为一个优秀的开源库，Cartographer提供了很多可以配置的参数，虽然灵活性提高了，但同时也提高了使用难度（需要对参数进行调节配置），所以有必要在正式使用前对参数进行基本的介绍。

因为我们主要使用其进行2D的建图定位，所以我们只需要关注2D相关的参数。

Cartographer参数是使用lua文件来描述的，不会lua也没关系，我们只是改改参数而已。

小鱼提示：lua中的注释采用 -- 开头

3.1 前端参数
文件：trajectory_builder_2d
src/cartographer/configuration_files/trajectory_builder_2d.lua

请你打开这个文件自行浏览，小鱼对其中我们可能会在初次建图配置的参数进行介绍。

  -- 是否使用IMU数据
  use_imu_data = true, 
  -- 深度数据最小范围
  min_range = 0.,
  -- 深度数据最大范围
  max_range = 30.,
  -- 传感器数据超出有效范围最大值时，按此值来处理
  missing_data_ray_length = 5.,
  -- 是否使用实时回环检测来进行前端的扫描匹配
  use_online_correlative_scan_matching = true
  -- 运动过滤，检测运动变化，避免机器人静止时插入数据
  motion_filter.max_angle_radians

3.2 后端参数

文件：pose_graph.lua-后端参数配置项
路径src/cartographer/configuration_files/pose_graph.lua

该文件主要和地图构建

--Fast csm的最低分数，高于此分数才进行优化。
constraint_builder.min_score = 0.65
--全局定位最小分数，低于此分数则认为目前全局定位不准确
constraint_builder.global_localization_min_score = 0.7

3.3 Carotgrapher_ROS参数配置
该部分参数主要是用于和ROS2进行通信和数据收发的配置，比如配置从哪个话题读取里程记数据，从哪个话题来获取深度信息（雷达）。
文件：backpack_2d.lua
路径：src/cartographer_ros/cartographer_ros/configuration_files/backpack_2d.lua

include "map_builder.lua"
include "trajectory_builder.lua"

options = {
  map_builder = MAP_BUILDER,
  trajectory_builder = TRAJECTORY_BUILDER,
  -- 用来发布子地图的ROS坐标系ID，位姿的父坐标系，通常是map。
  map_frame = "map",
  -- SLAM算法跟随的坐标系ID
  tracking_frame = "base_link",
  -- 将发布map到published_frame之间的tf
  published_frame = "base_link",
  -- 位于“published_frame ”和“map_frame”之间，用来发布本地SLAM结果（非闭环），通常是“odom”
  odom_frame = "odom",
  -- 是否提供里程计
  provide_odom_frame = true,
  -- 只发布二维位姿态（不包含俯仰角）
  publish_frame_projected_to_2d = false,
  -- 是否使用里程计数据
  use_odometry = false,
  -- 是否使用GPS定位
  use_nav_sat = false,
  -- 是否使用路标
  use_landmarks = false,
  -- 订阅的laser scan topics的个数
  num_laser_scans = 0,
  -- 订阅多回波技术laser scan topics的个数
  num_multi_echo_laser_scans = 1,
  -- 分割雷达数据的个数
  num_subdivisions_per_laser_scan = 10,
  -- 订阅的点云topics的个数
  num_point_clouds = 0,
  -- 使用tf2查找变换的超时秒数
  lookup_transform_timeout_sec = 0.2,
  -- 发布submap的周期间隔
  submap_publish_period_sec = 0.3,
  -- 发布姿态的周期间隔
  pose_publish_period_sec = 5e-3,
  -- 轨迹发布周期间隔
  trajectory_publish_period_sec = 30e-3,
  -- 测距仪的采样率
  rangefinder_sampling_ratio = 1.,
  --里程记数据采样率
  odometry_sampling_ratio = 1.,
  -- 固定的frame位姿采样率
  fixed_frame_pose_sampling_ratio = 1.,
  -- IMU数据采样率
  imu_sampling_ratio = 1.,
  -- 路标采样率
  landmarks_sampling_ratio = 1.,
}

4.总结
本节我们简单的介绍了Cartographer以及二进制和源码安装的方法，并对参数进行介绍。
下一节我们就开始为fishbot配置cartographer，接着就可以使用fishbot进行建图了。