update 二次开发

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doubleTing 2021-12-30 14:57:58 +08:00
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@ -12,7 +12,6 @@ AutolaborOS 是由 Autolabor 推出的免费开源机器人操作系统,基于
OS在AP1上已经实现了机器人自主导航2D/3D SLAM 单目标/多目标)、自动循迹、远程遥控等功能。 OS在AP1上已经实现了机器人自主导航2D/3D SLAM 单目标/多目标)、自动循迹、远程遥控等功能。
Autolabor Pro1 机器人出厂都已预装AutolaborOS。
## 源码说明 ## 源码说明

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@ -1,4 +1,602 @@
# 激光SLAM-多点导航 # 激光SLAM-多点导航
## 目录 本文介绍SLAM导航中[多点导航功能包](/usedoc/navigationKit2/version_two/user_guide/quick_start/multi_slam_doc)的开发思路。
### 开发背景:
在使用 ROS Navigation & RViz 进行 2D Nav Goal 导航的时候,我们会遇到这些情况:
1. 给定导航的目标点只能设置一个,当有多点任务时需要等待一个个任务结束后,再次手动给目标
2. 无法暂停或取消任务
3. 任务不可循环
### 开发目的:
完成多目标点导航,可以对导航环节进行操控,如可循环、取消、重置任务等。
### 开发思路:
1. 2D Nav Goal 的单点导航是如何实现的?
我们可以知道导航目标是通过 RViz 工具栏中 2D Nav Goal发布出去的。
通过查看 RViz的配置文件或者 Panels->Add New Panel-> Tool Property 可以了解当使用2D Nav Goal 在地图上拉了一个箭头(给定目标点时),其实是向话题 /move_base_simple/goal 发布了 [geometry_msgs/PoseStamped](http://docs.ros.org/en/api/geometry_msgs/html/msg/PoseStamped.html) 类型的消息,这个是目标点的位姿,包含坐标点与朝向。
根据 NodeGraph 可以看到话题 /move_base_simple/goal 被导航包的节点 /move_base 订阅了,进而发给 Navigation 中的各个话题,完成导航。
![](./imgs/multi1.png)
2. 如何基于单点实现多点导航?
要在单点基础上实现多目标点导航的话就要设计一个关于多个导航目标点消息geometry_msgs/PoseStamped的数据结构并对多个目标点进行处理完成导航。
实现多点的方法有多种,在不打破 ROS Navigation 包的完整性的前提下我选择在2D Nav Goal的 RViz节点和 /move_base 节点中间添加了一个话题 /move_base_simple/goal_temp将原本发送给 /move_base_simple/goal 的消息,转发给/move_base_simple/goal_temp通过此话题来积攒多个 2D Nav Goal任务队列并根据任务完成的状态反馈按顺序将每个导航目标点消息 geometry_msgs/PoseStamped 再发送给话题/move_base_simple/goal以完成多任务中的单次目标点的导航如下图示
![](./imgs/multi2.jpeg)
3. 如何来发布多点任务?
像 2D Nav Goal 一样,我们也可以在 RViz 中开发可视化的操作栏,这要使用到 RViz plugin ROS中的可视化工具绝大部分都是基于Qt进行开发的此前古月居有过详细介绍可参考[这篇文章](https://zhuanlan.zhihu.com/p/39390512)。
### 最终效果
首先,我们来看一下最终的实现效果。
MultiNaviGoalsPanel是多点SLAM导航任务的可视化操作区包括任务点列表、循环、重置、取消、开始任务。
通过 RViz plugin 设计的Mark Display能够显示的目标点的标号及箭头朝向
![](./imgs/multi3.png)
#### 代码实现
#### 1. 头文件 multi_navi_goal_panel.h
Qt说明
* 文字编辑——QLineEdit
* 按键——QPushButton
* 列表——QTableWidget
* 复选框——QCheckBox
* 文字显示——QString
ROS说明:
Publisher
* 发送每个目标点消息给/move_base_simple/goal的goal_pub_
* 发送取消指令消息给/move_base/cancel的cancel_pub_
* 发送文字和箭头标记的mark_pub_。
Subsrciber
* 订阅来自rviz中2D Nav Goal的导航目标点消息的goal_sub_
* 订阅目前导航状态的status_sub_
```
#ifndef MULTI_NAVI_GOAL_PANEL_H
#define MULTI_NAVI_GOAL_PANEL_H
#include <string>
#include <ros/ros.h>
#include <ros/console.h>
#include <tf2_ros/transform_listener.h>
#include <tf2_geometry_msgs/tf2_geometry_msgs.h>
#include <rviz/panel.h>//plugin基类的头文件
#include <QPushButton>//Qt按钮
#include <QTableWidget>//Qt表格
#include <QCheckBox>//Qt复选框
#include <visualization_msgs/Marker.h>
#include <geometry_msgs/PoseArray.h>
#include <geometry_msgs/Point.h>
#include <geometry_msgs/PoseStamped.h>
#include <std_msgs/String.h>
#include <actionlib_msgs/GoalStatus.h>
#include <actionlib_msgs/GoalStatusArray.h>
#include <tf/transform_datatypes.h>
namespace navi_multi_goals_pub_rviz_plugin {
class MultiNaviGoalsPanel : public rviz::Panel {
Q_OBJECT
public:
explicit MultiNaviGoalsPanel(QWidget *parent = 0);
virtual void load(const rviz::Config &config);
virtual void save(rviz::Config config) const;
public Q_SLOTS:
void setMaxNumGoal(const QString &maxNumGoal);//设置最大可设置的目标点数量
void writePose(geometry_msgs::Pose pose);//将目标点位姿写入任务列表
void markPose(const geometry_msgs::PoseStamped::ConstPtr &pose);//在地图中标记目标位姿
void deleteMark();//删除标记
protected Q_SLOTS:
void updateMaxNumGoal(); // 更新最大可设置的目标点数量
void initPoseTable(); // 初始化目标点表格
void updatePoseTable(); // 更新目标点表格
void startNavi(); // 开始第一个目标点任务导航
void cancelNavi(); // 取消现在进行中的导航
void addPose();
void goalCntCB(const geometry_msgs::PoseStamped::ConstPtr &pose); // 目标数量子回调函数
void statusCB(const actionlib_msgs::GoalStatusArray::ConstPtr &statuses); // 状态子回调函数
void checkCycle(); // 确认循环
void completeNavi(); // 第一个任务到达后,继续进行剩下任务点的导航任务
void cycleNavi();
bool checkGoal(std::vector<actionlib_msgs::GoalStatus> status_list); // 检查是否到达目标点
static void startSpin(); // 启用ROS订阅
protected:
QLineEdit *output_maxNumGoal_editor_;
QPushButton *output_maxNumGoal_button_, *output_reset_button_, *output_startNavi_button_, *output_cancel_button_, *output_addPoint_button_;
QTableWidget *poseArray_table_;
QCheckBox *cycle_checkbox_;
QString output_maxNumGoal_;
// The ROS node handle.
ros::NodeHandle nh_;
ros::Publisher goal_pub_, cancel_pub_, marker_pub_, init_goal_pub_;
ros::Subscriber goal_sub_, status_sub_;
tf2_ros::Buffer tfBuffer_;
tf2_ros::TransformListener tfListener_;
// 多目标点任务栏定义
int maxNumGoal_;
int curGoalIdx_ = 0, cycleCnt_ = 0;
bool permit_ = false, cycle_ = false, arrived_ = false;
geometry_msgs::PoseArray pose_array_;
actionlib_msgs::GoalID cur_goalid_;
};
} // end namespace navi-multi-goals-pub-rviz-plugin
#endif // MULTI_NAVI_GOAL_PANEL_H
```
#### 2. cpp文件 multi_navi_goal_panel.cpp
```
#include <cstdio>
#include <ros/console.h>
#include <fstream>
#include <sstream>
#include <QPainter>
#include <QLineEdit>
#include <QVBoxLayout>
#include <QLabel>
#include <QTimer>
#include <QDebug>
#include <QtWidgets/QTableWidget>
#include <QtWidgets/qheaderview.h>
#include "multi_navi_goal_panel.h"
namespace navi_multi_goals_pub_rviz_plugin {
MultiNaviGoalsPanel::MultiNaviGoalsPanel(QWidget *parent)
: rviz::Panel(parent), nh_(), maxNumGoal_(1), tfListener_(tfBuffer_) {
goal_sub_ = nh_.subscribe<geometry_msgs::PoseStamped>("move_base_simple/goal_temp", 100,
boost::bind(&MultiNaviGoalsPanel::goalCntCB, this, _1));
status_sub_ = nh_.subscribe<actionlib_msgs::GoalStatusArray>("move_base/status", 1,
boost::bind(&MultiNaviGoalsPanel::statusCB, this,
_1));
goal_pub_ = nh_.advertise<geometry_msgs::PoseStamped>("move_base_simple/goal", 1);
init_goal_pub_ = nh_.advertise<geometry_msgs::PoseStamped>("move_base_simple/goal_temp", 1);
cancel_pub_ = nh_.advertise<actionlib_msgs::GoalID>("move_base/cancel", 1);
marker_pub_ = nh_.advertise<visualization_msgs::Marker>("visualization_marker", 1);
QVBoxLayout *root_layout = new QVBoxLayout;
// create a panel about "maxNumGoal"
QHBoxLayout *maxNumGoal_layout = new QHBoxLayout;
maxNumGoal_layout->addWidget(new QLabel("目标最大数量"));
output_maxNumGoal_editor_ = new QLineEdit;
maxNumGoal_layout->addWidget(output_maxNumGoal_editor_);
output_maxNumGoal_button_ = new QPushButton("确定");
maxNumGoal_layout->addWidget(output_maxNumGoal_button_);
root_layout->addLayout(maxNumGoal_layout);
QHBoxLayout *second_row_layout = new QHBoxLayout;
cycle_checkbox_ = new QCheckBox("循环");
second_row_layout->addWidget(cycle_checkbox_);
output_addPoint_button_ = new QPushButton("添加机器人当前位置");
second_row_layout->addWidget(output_addPoint_button_);
root_layout->addLayout(second_row_layout);
// creat a QTable to contain the poseArray
poseArray_table_ = new QTableWidget;
initPoseTable();
root_layout->addWidget(poseArray_table_);
//creat a manipulate layout
QHBoxLayout *manipulate_layout = new QHBoxLayout;
output_reset_button_ = new QPushButton("重置");
manipulate_layout->addWidget(output_reset_button_);
output_cancel_button_ = new QPushButton("取消");
manipulate_layout->addWidget(output_cancel_button_);
output_startNavi_button_ = new QPushButton("开始导航!");
manipulate_layout->addWidget(output_startNavi_button_);
root_layout->addLayout(manipulate_layout);
setLayout(root_layout);
// set a Qtimer to start a spin for subscriptions
QTimer *output_timer = new QTimer(this);
output_timer->start(200);
// 设置信号与槽的连接
connect(output_maxNumGoal_button_, SIGNAL(clicked()), this,
SLOT(updateMaxNumGoal()));
connect(output_maxNumGoal_button_, SIGNAL(clicked()), this,
SLOT(updatePoseTable()));
connect(output_reset_button_, SIGNAL(clicked()), this, SLOT(initPoseTable()));
connect(output_cancel_button_, SIGNAL(clicked()), this, SLOT(cancelNavi()));
connect(output_startNavi_button_, SIGNAL(clicked()), this, SLOT(startNavi()));
connect(output_addPoint_button_, SIGNAL(clicked()), this, SLOT(addPose()));
connect(cycle_checkbox_, SIGNAL(clicked(bool)), this, SLOT(checkCycle()));
connect(output_timer, SIGNAL(timeout()), this, SLOT(startSpin()));
}
// 更新maxNumGoal命名
void MultiNaviGoalsPanel::updateMaxNumGoal() {
setMaxNumGoal(output_maxNumGoal_editor_->text());
}
// set up the maximum number of goals
void MultiNaviGoalsPanel::setMaxNumGoal(const QString &new_maxNumGoal) {
// 检查maxNumGoal是否发生改变.
if (new_maxNumGoal != output_maxNumGoal_) {
output_maxNumGoal_ = new_maxNumGoal;
// 如果命名为空,不发布任何信息
if (output_maxNumGoal_ == "") {
nh_.setParam("maxNumGoal_", 1);
maxNumGoal_ = 1;
} else {
// velocity_publisher_ = nh_.advertise<geometry_msgs::Twist>(output_maxNumGoal_.toStdString(), 1);
nh_.setParam("maxNumGoal_", output_maxNumGoal_.toInt());
maxNumGoal_ = output_maxNumGoal_.toInt();
}
Q_EMIT configChanged();
}
}
// initialize the table of pose
void MultiNaviGoalsPanel::initPoseTable() {
ROS_INFO("Initialize");
curGoalIdx_ = 0, cycleCnt_ = 0;
permit_ = false, cycle_ = false;
poseArray_table_->clear();
pose_array_.poses.clear();
deleteMark();
poseArray_table_->setRowCount(maxNumGoal_);
poseArray_table_->setColumnCount(3);
poseArray_table_->setEditTriggers(QAbstractItemView::NoEditTriggers);
poseArray_table_->horizontalHeader()->setSectionResizeMode(QHeaderView::Stretch);
QStringList pose_header;
pose_header << "x" << "y" << "yaw";
poseArray_table_->setHorizontalHeaderLabels(pose_header);
cycle_checkbox_->setCheckState(Qt::Unchecked);
}
// delete marks in the map
void MultiNaviGoalsPanel::deleteMark() {
visualization_msgs::Marker marker_delete;
marker_delete.action = visualization_msgs::Marker::DELETEALL;
marker_pub_.publish(marker_delete);
}
//update the table of pose
void MultiNaviGoalsPanel::updatePoseTable() {
poseArray_table_->setRowCount(maxNumGoal_);
// pose_array_.poses.resize(maxNumGoal_);
QStringList pose_header;
pose_header << "x" << "y" << "yaw";
poseArray_table_->setHorizontalHeaderLabels(pose_header);
poseArray_table_->show();
}
// call back function for counting goals
void MultiNaviGoalsPanel::goalCntCB(const geometry_msgs::PoseStamped::ConstPtr &pose) {
if (pose_array_.poses.size() < maxNumGoal_) {
pose_array_.poses.push_back(pose->pose);
pose_array_.header.frame_id = pose->header.frame_id;
writePose(pose->pose);
markPose(pose);
} else {
ROS_ERROR("Beyond the maximum number of goals: %d", maxNumGoal_);
}
}
// write the poses into the table
void MultiNaviGoalsPanel::writePose(geometry_msgs::Pose pose) {
poseArray_table_->setItem(pose_array_.poses.size() - 1, 0,
new QTableWidgetItem(QString::number(pose.position.x, 'f', 2)));
poseArray_table_->setItem(pose_array_.poses.size() - 1, 1,
new QTableWidgetItem(QString::number(pose.position.y, 'f', 2)));
poseArray_table_->setItem(pose_array_.poses.size() - 1, 2,
new QTableWidgetItem(
QString::number(tf::getYaw(pose.orientation) * 180.0 / 3.14, 'f', 2)));
}
// when setting a Navi Goal, it will set a mark on the map
void MultiNaviGoalsPanel::markPose(const geometry_msgs::PoseStamped::ConstPtr &pose) {
if (ros::ok()) {
visualization_msgs::Marker arrow;
visualization_msgs::Marker number;
arrow.header.frame_id = number.header.frame_id = pose->header.frame_id;
arrow.ns = "navi_point_arrow";
number.ns = "navi_point_number";
arrow.action = number.action = visualization_msgs::Marker::ADD;
arrow.type = visualization_msgs::Marker::ARROW;
number.type = visualization_msgs::Marker::TEXT_VIEW_FACING;
arrow.pose = number.pose = pose->pose;
number.pose.position.z += 1.0;
arrow.scale.x = 1.0;
arrow.scale.y = 0.2;
number.scale.z = 1.0;
arrow.color.r = number.color.r = 1.0f;
arrow.color.g = number.color.g = 0.98f;
arrow.color.b = number.color.b = 0.80f;
arrow.color.a = number.color.a = 1.0;
arrow.id = number.id = pose_array_.poses.size();
number.text = std::to_string(pose_array_.poses.size());
marker_pub_.publish(arrow);
marker_pub_.publish(number);
}
}
// check whether it is in the cycling situation
void MultiNaviGoalsPanel::checkCycle() {
cycle_ = cycle_checkbox_->isChecked();
}
void MultiNaviGoalsPanel::addPose() {
std::string target_frame = "map";
std::string child_frame = "base_link";
if (tfBuffer_.canTransform(target_frame, child_frame, ros::Time(0), ros::Duration(4.0))) {
geometry_msgs::TransformStamped transformStamped = tfBuffer_.lookupTransform(target_frame, child_frame,
ros::Time(0),
ros::Duration(4.0));
geometry_msgs::PoseStamped pose;
pose.header.frame_id = target_frame;
pose.header.stamp = transformStamped.header.stamp;
pose.pose.position.x = transformStamped.transform.translation.x;
pose.pose.position.y = transformStamped.transform.translation.y;
pose.pose.position.z = transformStamped.transform.translation.z;
pose.pose.orientation = transformStamped.transform.rotation;
init_goal_pub_.publish(pose);
}
}
// start to navigate, and only command the first goal
void MultiNaviGoalsPanel::startNavi() {
curGoalIdx_ = curGoalIdx_ % pose_array_.poses.size();
if (!pose_array_.poses.empty() && curGoalIdx_ < maxNumGoal_) {
geometry_msgs::PoseStamped goal;
goal.header = pose_array_.header;
goal.pose = pose_array_.poses.at(curGoalIdx_);
goal_pub_.publish(goal);
ROS_INFO("Navi to the Goal%d", curGoalIdx_ + 1);
poseArray_table_->item(curGoalIdx_, 0)->setBackgroundColor(QColor(255, 69, 0));
poseArray_table_->item(curGoalIdx_, 1)->setBackgroundColor(QColor(255, 69, 0));
poseArray_table_->item(curGoalIdx_, 2)->setBackgroundColor(QColor(255, 69, 0));
curGoalIdx_ += 1;
permit_ = true;
} else {
ROS_ERROR("Something Wrong");
}
}
// complete the remaining goals
void MultiNaviGoalsPanel::completeNavi() {
if (curGoalIdx_ < pose_array_.poses.size()) {
geometry_msgs::PoseStamped goal;
goal.header = pose_array_.header;
goal.pose = pose_array_.poses.at(curGoalIdx_);
goal_pub_.publish(goal);
ROS_INFO("Navi to the Goal%d", curGoalIdx_ + 1);
poseArray_table_->item(curGoalIdx_, 0)->setBackgroundColor(QColor(255, 69, 0));
poseArray_table_->item(curGoalIdx_, 1)->setBackgroundColor(QColor(255, 69, 0));
poseArray_table_->item(curGoalIdx_, 2)->setBackgroundColor(QColor(255, 69, 0));
curGoalIdx_ += 1;
permit_ = true;
} else {
ROS_ERROR("All goals are completed");
permit_ = false;
}
}
// command the goals cyclically
void MultiNaviGoalsPanel::cycleNavi() {
if (permit_) {
geometry_msgs::PoseStamped goal;
goal.header = pose_array_.header;
goal.pose = pose_array_.poses.at(curGoalIdx_ % pose_array_.poses.size());
goal_pub_.publish(goal);
ROS_INFO("Navi to the Goal%lu, in the %dth cycle", curGoalIdx_ % pose_array_.poses.size() + 1,
cycleCnt_ + 1);
bool even = ((cycleCnt_ + 1) % 2 != 0);
QColor color_table;
if (even) color_table = QColor(255, 69, 0); else color_table = QColor(100, 149, 237);
poseArray_table_->item(curGoalIdx_ % pose_array_.poses.size(), 0)->setBackgroundColor(color_table);
poseArray_table_->item(curGoalIdx_ % pose_array_.poses.size(), 1)->setBackgroundColor(color_table);
poseArray_table_->item(curGoalIdx_ % pose_array_.poses.size(), 2)->setBackgroundColor(color_table);
curGoalIdx_ += 1;
cycleCnt_ = curGoalIdx_ / pose_array_.poses.size();
}
}
// cancel the current command
void MultiNaviGoalsPanel::cancelNavi() {
if (!cur_goalid_.id.empty()) {
cancel_pub_.publish(cur_goalid_);
ROS_ERROR("Navigation have been canceled");
}
}
// call back for listening current state
void MultiNaviGoalsPanel::statusCB(const actionlib_msgs::GoalStatusArray::ConstPtr &statuses) {
bool arrived_pre = arrived_;
arrived_ = checkGoal(statuses->status_list);
// if (arrived_) { ROS_ERROR("%d,%d", int(arrived_), int(arrived_pre)); }
if (arrived_ && arrived_ != arrived_pre && ros::ok() && permit_) {
if (cycle_) cycleNavi();
else completeNavi();
}
}
//check the current state of goal
bool MultiNaviGoalsPanel::checkGoal(std::vector<actionlib_msgs::GoalStatus> status_list) {
bool done;
if (!status_list.empty()) {
for (auto &i : status_list) {
if (i.status == 3) {
done = true;
// ROS_INFO("completed Goal%d", curGoalIdx_);
} else if (i.status == 4) {
// ROS_ERROR("Goal%d is Invalid, Navi to Next Goal%d", curGoalIdx_, curGoalIdx_ + 1);
return false;
} else if (i.status == 0) {
done = true;
} else if (i.status == 1) {
cur_goalid_ = i.goal_id;
done = false;
} else done = false;
}
} else {
// ROS_INFO("Please input the Navi Goal");
done = false;
}
return done;
}
// spin for subscribing
void MultiNaviGoalsPanel::startSpin() {
if (ros::ok()) {
ros::spinOnce();
}
}
//读取目标点
void MultiNaviGoalsPanel::load(const rviz::Config &config) {
Panel::load(config);
QString goal_number;
if (config.mapGetString("multi_goal_panel_number", &goal_number)) {
output_maxNumGoal_editor_->setText(goal_number);
updateMaxNumGoal();
updatePoseTable();
QString goal_var;
if (config.mapGetString("multi_goal_panel_data", &goal_var)) {
QStringList goal_list = goal_var.split("|");
for (int i = 0; i < goal_list.size(); i++) {
QStringList goal = goal_list.at(i).split(",");
geometry_msgs::PoseStamped pose;
pose.header.frame_id = "map";
pose.header.stamp = ros::Time::now();
pose.pose.position.x = goal.at(0).toDouble();
pose.pose.position.y = goal.at(1).toDouble();
pose.pose.position.z = 0.0;
pose.pose.orientation = tf::createQuaternionMsgFromYaw(goal.at(2).toDouble() / 180 * 3.14);
init_goal_pub_.publish(pose);
}
}
bool cycle_flag;
if (config.mapGetBool("multi_goal_panel_cycle", &cycle_flag)) {
if (cycle_flag) {
cycle_checkbox_->setCheckState(Qt::CheckState::Checked);
} else {
cycle_checkbox_->setCheckState(Qt::CheckState::Unchecked);
}
checkCycle();
}
}
}
//保存目标点
void MultiNaviGoalsPanel::save(rviz::Config config) const {
Panel::save(config);
config.mapSetValue("multi_goal_panel_cycle", cycle_checkbox_->isChecked());
if (!output_maxNumGoal_editor_->text().isEmpty()) {
int goal_number = output_maxNumGoal_editor_->text().toInt();
if (goal_number > 0) {
config.mapSetValue("multi_goal_panel_number", goal_number);
QString *goal_list = new QString();
for (int i = 0; i < pose_array_.poses.size(); i++) {
for (int j = 0; j < 3; j++) {
goal_list->append(poseArray_table_->item(i, j)->text());
if (j != 2) {
goal_list->append(",");
}
}
if (i != goal_number - 1) {
goal_list->append("|");
}
}
if (!goal_list->isEmpty()) {
config.mapSetValue("multi_goal_panel_data", *goal_list);
}
}
}
}
} // end namespace navi-multi-goals-pub-rviz-plugin
// 声明此类是一个rviz的插件
#include <pluginlib/class_list_macros.h>
PLUGINLIB_EXPORT_CLASS(navi_multi_goals_pub_rviz_plugin::MultiNaviGoalsPanel, rviz::Panel)
```

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@ -1,4 +1,106 @@
# 视觉SLAM # 视觉SLAM
>本文主要对SLAM技术进行介绍叙述了VSLAM的框架及关键技术和方法并总结了目前已有的VSLAM系统和相关资料。
## 目录 ## 目录
1. SLAM技术介绍
2. VSLAM系统及相关资料介绍
3. SLAM框架
1. SLAM的基本过程
2. SLAM的主要模块
## 1.SLAM技术介绍
**SLAM**全称是Simultaneous Localization and Mapping即**同时定位与建图**,指机器人在自身位置不确定的条件下,在完全未知环境中创建地图同时利用地图进行自主定位和导航。因此可知SLAM的主要工作是**定位**以及**建图**。
![](./imgs/slamintro1.jpg)
目前SLAM有很多实现方法根据使用传感器不同主要分为
**1激光雷达传感器**
**2视觉传感器**
**视觉SLAM**Visual SLAM 简称VSLAM包括使用**单目SLAM**、**双目SLAM**和以**Kinect**为代表的深度摄像头的**RGB-D SLAM**。相比使用激光雷达传感器,视觉传感器的成本更低,因此也越来越受青睐。
目前SLAM被广泛应用于无人驾驶汽车、无人机、VR和AR等领域。
下面是宾大的教授kumar做的特别有名的一个demo是在无人机上利用二维激光雷达做的SLAM。
![](./imgs/vslam1.gif)
## 2.VSLAM系统及相关资料介绍
目前在VSLAM领域实现较好的SLAM系统有
- 单目、双目SLAM:
(1).**PTAM**(Parallel Tracking And Mapping):2007年很流行的SLAM项目是**第一个**使用BA完成**实时SLAM**的系统。但其缺乏**回环检测和重定位等功能**只能作用于小规模的场景且稳定性也不是很高。http://www.robots.ox.ac.uk/~gk/PTAM/
(2).**DTAM**(Dense tracking and mapping in real-time):2011年Direct SLAM方法的**鼻祖**;
(3).**LSD-SLAM**(Large-Scale Direct Monocular SLAM):2014年一个半稠密SLAM系统。http://vision.in.tum.de/research/vslam/lsdslam
(4).**ORB-SLAM**:2015年一个比较完整的基于特征点的SLAM系统。
http://webdiis.unizar.es/~raulmur/orbslam/
- RGB-D SLAM:
(1).**KinectFusion** 2011
http://www.microsoft.com/en-us/research/project/kinectfusion-project-page/
(2).**RGBD-SLAM2** 2014 http://felixendres.github.io/rgbdslam_v2/
(3).**ElasticFusion** 2015 http://www.imperial.ac.uk/dyson-robotics-lab/downloads/elastic-fusion/
当然除了上述项目的学习外对于slam的学习入门有一些经典教材如
**Multiple View Geometry in Computer Vision (Second Edition)**
http://www.robots.ox.ac.uk/~vgg/hzbook/)也有中文版为《计算机视觉中的多视图几何》。
**Robotics Vision and Control**http://www.petercorke.com/RVC/ 本书是面向实践的,详细介绍了机器人和机器视觉。也有了中文版,叫做《机器人学、机器视觉与控制》。
此外对于slam入门学习推荐高博的**一起做RGB-D SLAM**其博客为半闲居士http://www.cnblogs.com/gaoxiang12/p/4633316.html
## 3.SLAM框架
### 3.1 SLAM的基本过程
描述为:机器人在未知环境中从一个未知位置开始移动,在移动过程中根据位置估计和传感器数据进行自身定位,同时建造增量式地图。
1**定位(localization)**:机器人必须知道自己在环境中位置。
2**建图(mapping)**:机器人必须记录环境中特征的位置(如果知道自己的位置)
3**SLAM**:机器人在定位的同时建立环境地图。其基本原理是运过概率统计的方法,通过多特征匹配来达到定位和减少定位误差的。
![](./imgs/vslam2.png)
### 3.2 VSLAM的主要模块
视觉SLAM主要分为几个模块**数据采集、视觉里程计(Visual Odometry)、后端优化、建图(Mapping)、闭环检测(Loop closure detection)**。如下图所示:
![](./imgs/vslam3.png)
#### 3.2.1 视觉里程计
视觉里程计是利用一个图像序列或者一个视频流,计算摄像机的方向和位置的过程。一般包括图像获取后、畸变校正、特征检测匹配或者直接匹配对应像素、通过对极几何原理估计相机的旋转矩阵和平移向量。
![](./imgs/vslam4.jpg)
#### 3.2.2 后端优化
理论上来说如果视觉里程计模块估计的相机的旋转矩阵R和平移向量t都正确就能得到完美的定位和建图了。但实际试验中我们得到的数据往往有很多噪声且由于传感器的精度、错误的匹配等都对造成结果有误差。并且由于我们是只把新的一帧与前一个关键帧进行比较当某一帧的结果有误差时就会对后面的结果产生**累计误差**,导致误差越来越大。**为了解决这个问题,引入后端优化**。
后端优化一般采用捆集调整(BA)、卡尔曼滤波(EKF)、图优化等方式来解决。其中**基于图优化的后端优化**效果最好。Graph-based SLAM一般使用g2o求解器进行图优化计算。
![](./imgs/vslam5.jpg)
#### 3.2.3 闭环检测
后端优化可能得到一个比较优的解,但当运动回到某一个之前去过的地方,如果能认出这个地方,找到并与当时的关键帧进行比较,就可以得到比单用后端优化更准确更高效的结果。闭环检测就是要解决这个问题。
闭环检测有两种方式,一是根据估计出来的相机的位置,看是否与之前否个位置邻近;**另外一种是根据图像,自动识别出来这个场景之前到过,并找到当时的关键帧**。目前常用的后一种方法其实是一个非监督的模式识别问题。比较常用的方法是采用Bag-of-Words(BOW)**ORB-SLAM**就是使用这个方法来进行**闭环检测**。
![](./imgs/vslam6.jpg)