ROS探索总结(二十)——发布导航需要的传感器信息

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      在导航过程中,传感器的信息至关重要,这些传感器可以是激光雷达、摄像机、声纳、红外线、碰撞开关,但是归根结底,导航功能包要求机器人必须发布sensor_msgs/LaserScansensor_msgs/PointCloud格式的传感器信息,本篇将详细介绍如何使用代码发布所需要的消息。

1ROS的消息头信息

    无论是 sensor_msgs/LaserScan还是sensor_msgs/PointCloud ,都和ROStf帧信息等时间相关的消息一样,带标准格式的头信息。

  1. #Standard metadata for higher-level flow data types
  2. #sequence ID: consecutively increasing ID 
  3. uint32 seq
  4.  
  5. #Two-integer timestamp that is expressed as:
  6. # * stamp.secs: seconds (stamp_secs) since epoch
  7. # * stamp.nsecs: nanoseconds since stamp_secs
  8. # time-handling sugar is provided by the client library
  9. time stamp
  10.  
  11. #Frame this data is associated with
  12. # 0: no frame
  13. # 1: global frame
  14. string frame_id

       以上是标准头信息的主要部分。seq是消息的顺序标识,不需要手动设置,发布节点在发布消息时,会自动累加。stamp 是消息中与数据相关联的时间戳,例如激光数据中,时间戳对应激光数据的采集时间点。frame_id 是消息中与数据相关联的参考系id,例如在在激光数据中,frame_id对应激光数据采集的参考系

2、如何发布激光扫描消息

2.1、激光消息的结构

      针对激光雷达,ROSsensor_msgs 包中定义了专用了数据结构来存储激光消息的相关信息,成为LaserScanLaserScan消息的格式化定义,为虚拟的激光雷达数据采集提供了方便,在我们讨论如何使用他之前,来看看该消息的结构是什么样的:

  1. #
  2. # Laser scans angles are measured counter clockwise, with 0 facing forward
  3. # (along the x-axis) of the device frame
  4. #
  5.  
  6. Header header
  7. float32 angle_min        # start angle of the scan [rad]
  8. float32 angle_max        # end angle of the scan [rad]
  9. float32 angle_increment  # angular distance between measurements [rad]
  10. float32 time_increment   # time between measurements [seconds]
  11. float32 scan_time        # time between scans [seconds]
  12. float32 range_min        # minimum range value [m]
  13. float32 range_max        # maximum range value [m]
  14. float32[] ranges         # range data [m] (Note: values < range_min or > range_max should be discarded)
  15. float32[] intensities    # intensity data [device-specific units]

      备注中已经详细介绍了每个参数的意义。

2.2、通过代码发布LaserScan消息

      使用ROS发布LaserScan格式的激光消息非常简洁,下边是一个简单的例程:

  1. #include <ros/ros.h>
  2. #include <sensor_msgs/LaserScan.h>
  3.  
  4. int main(int argc, char** argv){
  5.   ros::init(argc, argv, "laser_scan_publisher");
  6.  
  7.   ros::NodeHandle n;
  8.   ros::Publisher scan_pub = n.advertise<sensor_msgs::LaserScan>("scan", 50);
  9.  
  10.   unsigned int num_readings = 100;
  11.   double laser_frequency = 40;
  12.   double ranges[num_readings];
  13.   double intensities[num_readings];
  14.  
  15.   int count = 0;
  16.   ros::Rate r(1.0);
  17.   while(n.ok()){
  18.     //generate some fake data for our laser scan
  19.     for(unsigned int i = 0; i < num_readings; ++i){
  20.       ranges[i] = count;
  21.       intensities[i] = 100 + count;
  22.     }
  23.     ros::Time scan_time = ros::Time::now();
  24.  
  25.     //populate the LaserScan message
  26.     sensor_msgs::LaserScan scan;
  27.     scan.header.stamp = scan_time;
  28.     scan.header.frame_id = "laser_frame";
  29.     scan.angle_min = -1.57;
  30.     scan.angle_max = 1.57;
  31.     scan.angle_increment = 3.14 / num_readings;
  32.     scan.time_increment = (1 / laser_frequency) / (num_readings);
  33.     scan.range_min = 0.0;
  34.     scan.range_max = 100.0;
  35.  
  36.     scan.ranges.resize(num_readings);
  37.     scan.intensities.resize(num_readings);
  38.     for(unsigned int i = 0; i < num_readings; ++i){
  39.       scan.ranges[i] = ranges[i];
  40.       scan.intensities[i] = intensities[i];
  41.     }
  42.  
  43.     scan_pub.publish(scan);
  44.     ++count;
  45.     r.sleep();
  46.   }
  47. }

      我们将代码分解以便于分析:

  1. #include <sensor_msgs/LaserScan.h>

      首先我们需要先包含Laserscan的数据结构。

  1. ros::Publisher scan_pub = n.advertise<sensor_msgs::LaserScan>("scan", 50);

      创建一个发布者,以便于后边发布针对scan主题的Laserscan消息。

  1.   unsigned int num_readings = 100;
  2.   double laser_frequency = 40;
  3.   double ranges[num_readings];
  4.   double intensities[num_readings];
  5.  
  6.   int count = 0;
  7.   ros::Rate r(1.0);
  8.   while(n.ok()){
  9.     //generate some fake data for our laser scan
  10.     for(unsigned int i = 0; i < num_readings; ++i){
  11.       ranges[i] = count;
  12.       intensities[i] = 100 + count;
  13.     }
  14.     ros::Time scan_time = ros::Time::now();

      这里的例程中我们虚拟一些激光雷达的数据,如果使用真是的激光雷达,这部分数据需要从驱动中获取。

  1.     //populate the LaserScan message
  2.     sensor_msgs::LaserScan scan;
  3.     scan.header.stamp = scan_time;
  4.     scan.header.frame_id = "laser_frame";
  5.     scan.angle_min = -1.57;
  6.     scan.angle_max = 1.57;
  7.     scan.angle_increment = 3.14 / num_readings;
  8.     scan.time_increment = (1 / laser_frequency) / (num_readings);
  9.     scan.range_min = 0.0;
  10.     scan.range_max = 100.0;
  11.  
  12.     scan.ranges.resize(num_readings);
  13.     scan.intensities.resize(num_readings);
  14.     for(unsigned int i = 0; i < num_readings; ++i){
  15.       scan.ranges[i] = ranges[i];
  16.       scan.intensities[i] = intensities[i];
  17.     }

    创建scan_msgs::LaserScan数据类型的变量scan,把我们之前伪造的数据填入格式化的消息结构中。

  1.    scan_pub.publish(scan);

    数据填充完毕后,通过前边定义的发布者,将数据发布。

3、如何发布点云数据

3.1、点云消息的结构

      为存储和发布点云消息,ROS定义了sensor_msgs/PointCloud消息结构:

  1. #This message holds a collection of 3d points, plus optional additional information about each point.
  2.  
  3. #Each Point32 should be interpreted as a 3d point in the frame given in the header
  4.  
  5.  
  6.  
  7. Header header
  8.  
  9. geometry_msgs/Point32[] points  #Array of 3d points
  10.  
  11. ChannelFloat32[] channels       #Each channel should have the same number of elements as points array, and the data in each channel should correspond 1:1 with each point

      如上所示,点云消息的结构支持存储三维环境的点阵列,而且channels参数中,可以设置这些点云相关的数据,例如可以设置一个强度通道,存储每个点的数据强度,还可以设置一个系数通道,存储每个点的反射系数,等等。

3.2、通过代码发布点云数据

     ROS发布点云数据同样简洁:

  1. #include <ros/ros.h>
  2. #include <sensor_msgs/PointCloud.h>
  3.  
  4. int main(int argc, char** argv){
  5.   ros::init(argc, argv, "point_cloud_publisher");
  6.  
  7.   ros::NodeHandle n;
  8.   ros::Publisher cloud_pub = n.advertise<sensor_msgs::PointCloud>("cloud", 50);
  9.  
  10.   unsigned int num_points = 100;
  11.  
  12.   int count = 0;
  13.   ros::Rate r(1.0);
  14.   while(n.ok()){
  15.     sensor_msgs::PointCloud cloud;
  16.     cloud.header.stamp = ros::Time::now();
  17.     cloud.header.frame_id = "sensor_frame";
  18.  
  19.     cloud.points.resize(num_points);
  20.  
  21.     //we'll also add an intensity channel to the cloud
  22.     cloud.channels.resize(1);
  23.     cloud.channels[0].name = "intensities";
  24.     cloud.channels[0].values.resize(num_points);
  25.  
  26.     //generate some fake data for our point cloud
  27.     for(unsigned int i = 0; i < num_points; ++i){
  28.       cloud.points[i].x = 1 + count;
  29.       cloud.points[i].y = 2 + count;
  30.       cloud.points[i].z = 3 + count;
  31.       cloud.channels[0].values[i] = 100 + count;
  32.     }
  33.  
  34.     cloud_pub.publish(cloud);
  35.     ++count;
  36.     r.sleep();
  37.   }
  38. }

     分解代码来分析:

  1. #include <sensor_msgs/PointCloud.h>

     首先也是要包含sensor_msgs/PointCloud消息结构。

  1.     ros::Publisher cloud_pub = n.advertise<sensor_msgs::PointCloud>("cloud", 50);

     定义一个发布点云消息的发布者。

  1.     sensor_msgs::PointCloud cloud;
  2.     cloud.header.stamp = ros::Time::now();
  3.     cloud.header.frame_id = "sensor_frame";

     为点云消息填充头信息,包括时间戳和相关的参考系id

  1.     cloud.points.resize(num_points);

        设置存储点云数据的空间大小。

  1.     //we'll also add an intensity channel to the cloud
  2.     cloud.channels.resize(1);
  3.     cloud.channels[0].name = "intensities";
  4.     cloud.channels[0].values.resize(num_points);

        设置一个名为“intensity“的强度通道,并且设置存储每个点强度信息的空间大小。

  1.     //generate some fake data for our point cloud
  2.     for(unsigned int i = 0; i < num_points; ++i){
  3.       cloud.points[i].x = 1 + count;
  4.       cloud.points[i].y = 2 + count;
  5.       cloud.points[i].z = 3 + count;
  6.       cloud.channels[0].values[i] = 100 + count;
  7.     }

        将我们伪造的数据填充到点云消息结构当中。

  1.    cloud_pub.publish(cloud);

       最后,发布点云数据。

 

参考连接: http://wiki.ros.org/navigation/Tutorials/RobotSetup/Sensors 


原创文章,转载请注明: 转载自古月居

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评论

4条评论
  1. Gravatar 头像

    桃李荫下蹊 回复

    请问大神:1.“机器人速度指令的格式为:x方向速度、y方向速度、速度向量角度” 是什么意思呢,不知道我理解的--机器人坐标系下的x方向速度,y方向速度,和机器人坐标系相对世界坐标系夹角的变化量--这样对吗?
    2.“导航功能包仅对差分等轮式机器人有效” 不知道我们用的三轮全向机器人(三个独立万向轮互成120度角分布)可以用吗?

    麻烦大神了

    • 古月

      古月 回复

      @桃李荫下蹊 1. 角度就是x方向与y方向之间的夹角
      2.导航功能包主要针对外形为圆形或正方形的机器人建模,看你们的机器人模型是否符合要求。
      可以参考:http://wiki.ros.org/navigation

  2. Gravatar 头像

    dajianli 回复

    古月大神,联系不到你,,我您的文章转载了,www.rosclub.cn,牛人业话栏目,顺带能否添加友链呢

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