# 激光SLAM ## 目录 * SLAM介绍 * 基于激光SLAM的机器人自主导航 * Autolabor M1 SLAM 导航功能详解 * 2D SLAM 实现原理 * 3D SLAM 实现原理 ## SLAM介绍 **SLAM**,全称是 Simultaneous Localization and Mapping,同时定位与地图构建。 SLAM 技术解决的是,我在哪里?(**定位**Localization )我周围是什么样?(**建图**Mapping)这两个问题。 移动设备从未知环境中的某一点开始运动,根据传感器获取到的数据,即时计算获取传感器的位置并绘制周围的环境。 ![](imgs/slamintro1.jpg) SLAM 的应用很广泛,有扫地机器人、无人驾驶汽车、无人机,三维场景重建等。 根据使用传感器不同,SLAM的可分为激光SLAM和视觉SLAM(VSLAM),本文介绍的是激光SLAM,对视觉SLAM相关知识感兴趣的可以[看这里](/usedoc/navigationKit2/version_two/development/vslamintro)。 ## 基于激光SLAM的机器人自主导航 激光SLAM导航,指的是使用激光雷达采集的数据进行建图与定位(SLAM),并在构建的环境地图中自动导航(规划+控制)。 ![](imgs/slamintro2.png) 地图构建完成后,给出目标点,根据当前位置信息与已知环境地图规划出可行走路径,控制机器人运动,最终达到目标点。 ![](imgs/slamintro3.png) 以上只是简单概述了机器人导航的流程,但 SLAM 与 路径规划/Planning 都是很复杂的内容,在此不做过多的探讨。 ## Autolabor M1 SLAM 导航功能详解 Autolabor SLAM 导航使用的是谷歌开源的 [Cartographer](https://github.com/googlecartographer/cartographer_ros),支持多平台和传感器配置,提供2D和3D实时同步定位与建图,使用回环检测消除建图产生的累积误差,建图效果更好,在国内外众多机器人应用上得到了广泛使用。 > Cartographer is a system that provides real-time simultaneous localization and mapping (SLAM) in 2D and 3D across multiple platforms and sensor configurations. ![](imgs/slamintro4.gif) ### 2D SLAM 实现原理 #### 传感器介绍 2D SLAM 用到的传感器有: * 单线激光雷达x2,安装在M1内部前后位置 * 编码器/轮速里程计x2,安装在车体内部前侧 ![](imgs/software_intro_6.png) #### 2D SLAM 建图 ![](imgs/software_intro_1.jpg) | 步骤 | 输入数据 | 操作 | 输出数据 | 使用ROS包 | |-----|------------------|--------------------------------------------|----------------|-------------------------------------------------------------------------------------------------------| |1 | 左编码器数据 右编码器数据 | 使用运动模型计算编码器数据,得到符合ROS标准的里程计数据| 里程计数据| [autolabor_pro_driver](http://www.autolabor.com.cn/usedoc/ap1/sendCommand)| |2 | 前雷达数据 后雷达数据 | 过滤并融合前后激光雷达采集的数据,得到机器人周围环境点云数据| 雷达点云数据 | [cartographer_ros](https://google-cartographer-ros.readthedocs.io/en/latest/) [laser_filters](http://wiki.ros.org/laser_filters) | |3 | 里程计数据 点云数据 | 点云匹配| 相对位姿数据 子地图数据 | [cartographer_ros](https://google-cartographer-ros.readthedocs.io/en/latest/)| |4 | 相对位姿数据 子地图数据 | 回环检测,得到子地图拼接的全地图数据 | 地图数据 | [cartographer_ros](https://google-cartographer-ros.readthedocs.io/en/latest/)| Cartographer 2D 建图 launch配置示例 ``` ``` #### 2D SLAM 导航 ![](imgs/software_intro_2.jpg) | 步骤 | 输入数据 | 操作 | 输出数据 | 使用ROS包 | |-----|------------------|--------------------------------------------|----------------|-------------------------------------------------------------------------------------------------------| |1 | 左编码器数据 右编码器数据 | 使用运动模型计算编码器数据,得到符合ROS标准的里程计数据| 里程计数据| [autolabor_pro_driver](http://www.autolabor.com.cn/usedoc/ap1/sendCommand)| |2|前雷达数据 后雷达数据 里程计数据 地图数据|将机器人的实时数据与已构建的地图进行匹配|当前机器人在环境中的位姿| [cartographer_ros](https://google-cartographer-ros.readthedocs.io/en/latest/)| |3| 目标机器人位姿| 给机器人制定一个目标点| |[move_base](http://wiki.ros.org/move_base/)| |4| 当前机器人位姿 地图数据 目标机器人位姿| 根据机器人当前位姿与地图数据,进行全局规划路线| 路径数据(初步预估导航路线) |[global_planner(dijkstra) ](http://wiki.ros.org/global_planner)| |5| 路径数据 地图数据 前雷达数据 后雷达数据 | 根据规划路径开始导航,进行过程中随着实际环境、障碍物变化,进行局部路径规划,实时避障| 局部路径规划 避障 |[costmap_2d ](http://wiki.ros.org/cost_map)[teb_local_planner](http://wiki.ros.org/teb_local_planner)| |6| 速度信息 /cmd_vel | 向底层发送速度命令 | |[move_base](http://wiki.ros.org/move_base/)| 说明: 1. move_base, global_planner(dijkstra), costmap_2d 这些功能包(package)都从属于 Navigation 导航这个大的功能包集,teb_local_planner 是navigation包的一个插件。 2. 机器人导航过程中,会按照周围环境、实时障碍物做调整不断规划调整路径,向底层发布指令,步骤五和六是一个多次的过程,并非一次就结束了。 Cartographer 2D 导航 launch配置示例 ``` ``` ### 3D SLAM 实现原理 #### 传感器介绍 3D SLAM 用到的传感器有: * 多线激光雷达,安装在M1套件内 * 单线激光雷达x2,安装在M1内部前后位置 * 编码器/轮速里程计x2,安装在车体内部前侧 * 惯导,安装在M1套件内 ![](imgs/software_intro_7.png) #### 3D SLAM 建图 ![](imgs/software_intro_4.jpg) | 步骤 | 输入数据 | 操作 | 输出数据 | 使用ROS包 | |-----|------------------|--------------------------------------------|----------------|-------------------------------------------------------------------------------------------------------| |1 | 左编码器数据 右编码器数据 | 使用运动模型计算编码器数据,得到符合ROS标准的里程计数据| 里程计数据| [autolabor_pro_driver](http://www.autolabor.com.cn/usedoc/ap1/sendCommand)| |2 | 多线雷达数据 惯导数据 里程计数据 | 点云匹配| 相对位姿数据 子地图数据 | [cartographer_ros](https://google-cartographer-ros.readthedocs.io/en/latest/)| |3 | 相对位姿数据 子地图数据 | 回环检测,得到子地图拼接的全地图数据 | 地图数据 | [cartographer_ros](https://google-cartographer-ros.readthedocs.io/en/latest/)| Cartographer 3D 建图 launch配置示例 ``` ``` #### 3D SLAM 导航 ![](imgs/software_intro_5.jpg) | 步骤 | 输入数据 | 操作 | 输出数据 | 使用ROS包 | |-----|------------------|--------------------------------------------|----------------|-------------------------------------------------------------------------------------------------------| |1 | 左编码器数据 右编码器数据 | 使用运动模型计算编码器数据,得到符合ROS标准的里程计数据| 里程计数据| [autolabor_pro_driver](http://www.autolabor.com.cn/usedoc/ap1/sendCommand)| |2|多线雷达数据 惯导数据 里程计数据 地图数据|将机器人的实时数据与已构建的地图进行匹配|当前机器人在环境中的位姿| [cartographer_ros](https://google-cartographer-ros.readthedocs.io/en/latest/)| |3| 目标机器人位姿| 给机器人制定一个目标点| |[move_base](http://wiki.ros.org/move_base/)| |4| 当前机器人位姿 地图数据 目标机器人位姿| 根据机器人当前位姿与地图数据,进行全局规划路线| 路径数据(初步预估导航路线) |[global_planner(dijkstra) ](http://wiki.ros.org/global_planner)| |5| 路径数据 地图数据 前雷达数据 后雷达数据 多线雷达数据 | 根据规划路径开始导航,进行过程中随着实际环境、障碍物变化,进行局部路径规划,实时避障| 局部路径规划 避障 |[costmap_2d ](http://wiki.ros.org/cost_map)[teb_local_planner](http://wiki.ros.org/teb_local_planner)| |6| 速度信息 /cmd_vel | 向底层发送速度命令 | |[move_base](http://wiki.ros.org/move_base/)| 说明: 1. move_base, global_planner(dijkstra), costmap_2d 这些功能包(package)都从属于 Navigation 导航这个大的功能包集,teb_local_planner 是navigation包的一个插件。 2. 机器人导航过程中,会按照周围环境、实时障碍物做调整不断规划调整路径,向底层发布指令,步骤五和六是一个多次的过程,并非一次就结束了。 Cartographer 3D 导航 launch配置示例 ``` ```