基于 ROS 机器人和 RTAB-MAP 算法实现室内三维重建

news2024/12/24 9:25:42

本文叙如何利用RTAB-Map算法和Turtlebot3机器人在自己构建的室内场景中建图

文章目录

      • 1、安装依赖
      • 2、创建工作空间
      • 3、安装rtabmap和rtabmap_ros
      • 4、建立gazebo场景功能包
      • 5、建立机器人功能包
      • 6、为机器人添加kinect相机参考
      • 7、编译工作空间
      • 8、建立环境地图
      • 9、建图

1、安装依赖

必要的依赖安装/卸载 (Qt, PCL, VTK, OpenCV, …)

sudo apt-get install ros-kinetic-rtabmap ros-kinetic-rtabmap-ros
sudo apt-get remove ros-kinetic-rtabmap ros-kinetic-rtabmap-ros

2、创建工作空间

#创建rtabmap_ws，在rtabmap_ws下
mkdir src
cd src
catkin_init_workspace

cd..
catkin_make

echo "source ~/catkin_ws_rtab/devel/setup.bash " >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc

3、安装rtabmap和rtabmap_ros

#任意目录下
git clone https://github.com/introlab/rtabmap.git rtabmap
cd rtabmap/build
cmake -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=~/catkin_ws/devel ..
make -j4
make install

#在 rtabmap_ws下
git clone https://github.com/introlab/rtabmap_ros.git src/rtabmap_ros
catkin_make -j1

4、建立gazebo场景功能包

（1）在 rtabmap_ws 下创建功能包 rtab_room

catkin_create_pkg rtab_room std_msgs rospy roscpp

cd ..

catkin_make
source devel/setup.bash

（2）在rtab_room功能包下放置worlds文件夹，其中包含之前搭建好的demo02.world文件

搭建方法参考：Gazebo仿真环境搭建

（3）编写launch文件
在rtab_room功能包下建立launch文件夹，并在launch文件夹中新建rtab_room.launch文件，内容如下：

<launch>
    <!-- 设置launch文件的参数 -->
    <arg name="paused" default="false"/>
    <arg name="use_sim_time" default="true"/>
    <arg name="gui" default="true"/>
    <arg name="headless" default="false"/>
    <arg name="debug" default="false"/>

    <!-- 运行gazebo仿真环境 -->
    <include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch">      
	<arg name="world_name" value="$(find rtab_room)/world/my_room.world"/> <!-- Note: the world_name is with respect to GAZEBO_RESOURCE_PATH environmental variable -->	
	<arg name="debug" value="$(arg debug)" />
        <arg name="gui" value="$(arg gui)" />
        <arg name="paused" value="$(arg paused)"/>
        <arg name="use_sim_time" value="$(arg use_sim_time)"/>
        <arg name="headless" value="$(arg headless)"/>
    </include>

    <!-- 加载机器人模型描述参数 -->
    <param name="turtlebot3_description" command="$(find xacro)/xacro --inorder '$(find turtlebot3_description)/urdf/turtlebot3_burger.urdf.xacro'" /> 

    <!-- 在gazebo中加载机器人模型 -->
    <node name="urdf_spawner" pkg="gazebo_ros" type="spawn_model" respawn="false" output="screen"
          args="-urdf -model turtlebot3_burger -param turtlebot3_description"/> 

</launch>

（4）编译刷新环境

catkin_make
source devel/setup.bash

5、建立机器人功能包

#rtabmap_ws/src下
git clone https://github.com/ROBOTIS-GIT/turtlebot3_msgs.git
git clone https://github.com/ROBOTIS-GIT/turtlebot3.git
git clone https://github.com/ROBOTIS-GIT/turtlebot3_simulations.git

cd ~/rtabmap_ws

rosdep install --from-paths src -i -y

catkin_make

6、为机器人添加kinect相机参考

在Turtlebot3-Burger机器人已有激光雷达的基础上，通过修改xacro描述文件、添加模型文件，为其添加kinect深度相机并能够获取深度图像。

（1）构建kinect描述文件（kinect_gazebo.xacro）
注： kinect_gazebo.xacro 放置于 turtlebot3_description/urdf 文件夹下

<?xml version="1.0"?>
<robot xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro" name="kinect_camera">

    <xacro:macro name="kinect_camera" params="prefix:=camera">
        <!-- Create kinect reference frame -->
        <!-- Add mesh for kinect -->
        <link name="${prefix}_link">
            <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
            <visual>
                <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 ${M_PI/2}"/>
                <geometry>
                    <mesh filename="package://turtlebot3_description/meshes/kinect.dae" scale="0.4 0.4 0.4" />
                </geometry>
            </visual>
            <collision>
                <geometry>
                    <box size="0.07 0.3 0.09"/>
                </geometry>
            </collision>
        </link>

        <joint name="${prefix}_optical_joint" type="fixed">
            <origin xyz="0 0 0" rpy="-1.5708 0 -1.5708"/>
            <parent link="${prefix}_link"/>
            <child link="${prefix}_frame_optical"/>
        </joint>

        <link name="${prefix}_frame_optical"/>

        <gazebo reference="${prefix}_link">
            <sensor type="depth" name="${prefix}">
                <always_on>true</always_on>
                <update_rate>20.0</update_rate>
                <camera>
                    <horizontal_fov>${60.0*M_PI/180.0}</horizontal_fov>
                    <image>
                        <format>R8G8B8</format>
                        <width>640</width>
                        <height>480</height>
                    </image>
                    <clip>
                        <near>0.05</near>
                        <far>8.0</far>
                    </clip>
                </camera>
                <plugin name="kinect_${prefix}_controller" filename="libgazebo_ros_openni_kinect.so">
                    <cameraName>${prefix}</cameraName>
                    <alwaysOn>true</alwaysOn>
                    <updateRate>10</updateRate>
                    <imageTopicName>rgb/image_raw</imageTopicName>
                    <depthImageTopicName>depth/image_raw</depthImageTopicName>
                    <pointCloudTopicName>depth/points</pointCloudTopicName>
                    <cameraInfoTopicName>rgb/camera_info</cameraInfoTopicName>
                    <depthImageCameraInfoTopicName>depth/camera_info</depthImageCameraInfoTopicName>
                    <frameName>${prefix}_frame_optical</frameName>
                    <baseline>0.1</baseline>
                    <distortion_k1>0.0</distortion_k1>
                    <distortion_k2>0.0</distortion_k2>
                    <distortion_k3>0.0</distortion_k3>
                    <distortion_t1>0.0</distortion_t1>
                    <distortion_t2>0.0</distortion_t2>
                    <pointCloudCutoff>0.4</pointCloudCutoff>
                </plugin>
            </sensor>
        </gazebo>

    </xacro:macro>
</robot>

（2）修改turtlebot3_burger.urdf.xacro文件

注： turtlebot3_burger.urdf.xacro 文件放置于 turtlebot3_description/urdf 文件夹下，替换原有同名文件。代码中5-17行为添加内容。

<?xml version="1.0" ?>
<robot name="turtlebot3_burger" xmlns:xacro="http://ros.org/wiki/xacro">
  <xacro:include filename="$(find turtlebot3_description)/urdf/common_properties.xacro"/>
  <xacro:include filename="$(find turtlebot3_description)/urdf/turtlebot3_burger.gazebo.xacro"/>
  <xacro:include filename="$(find turtlebot3_description)/urdf/kinect_gazebo.xacro"/>

  <xacro:property name="kinect_offset_x" value="0.0" />
  <xacro:property name="kinect_offset_y" value="0.0" />
  <xacro:property name="kinect_offset_z" value="0.1" />
  <xacro:property name="M_PI" value="3.14159" />

  <xacro:kinect_camera prefix="camera"/>
  <joint name="kinect_frame_joint" type="fixed">
    <origin xyz="${kinect_offset_x} ${kinect_offset_y} ${kinect_offset_z}" rpy="0 0 0" />
    <parent link="base_link"/>
    <child link="camera_link"/>
  </joint>

  <link name="base_footprint"/>

  <joint name="base_joint" type="fixed">
    <parent link="base_footprint"/>
    <child link="base_link"/>
    <origin xyz="0.0 0.0 0.010" rpy="0 0 0"/>
  </joint>

  <link name="base_link">
    <visual>
      <origin xyz="-0.032 0 0.0" rpy="0 0 0"/>
      <geometry>
        <mesh filename="package://turtlebot3_description/meshes/bases/burger_base.stl" scale="0.001 0.001 0.001"/>
      </geometry>
      <material name="light_black"/>
    </visual>

    <collision>
      <origin xyz="-0.032 0 0.070" rpy="0 0 0"/>
      <geometry>
        <box size="0.140 0.140 0.143"/>
      </geometry>
    </collision>

    <inertial>
      <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
      <mass value="8.2573504e-01"/>
      <inertia ixx="2.2124416e-03" ixy="-1.2294101e-05" ixz="3.4938785e-05"
               iyy="2.1193702e-03" iyz="-5.0120904e-06"
               izz="2.0064271e-03" />
    </inertial>
  </link>

  <joint name="wheel_left_joint" type="continuous">
    <parent link="base_link"/>
    <child link="wheel_left_link"/>
    <origin xyz="0.0 0.08 0.023" rpy="-1.57 0 0"/>
    <axis xyz="0 0 1"/>
  </joint>

  <link name="wheel_left_link">
    <visual>
      <origin xyz="0 0 0" rpy="1.57 0 0"/>
      <geometry>
        <mesh filename="package://turtlebot3_description/meshes/wheels/left_tire.stl" scale="0.001 0.001 0.001"/>
      </geometry>
      <material name="dark"/>
    </visual>

    <collision>
      <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
      <geometry>
        <cylinder length="0.018" radius="0.033"/>
      </geometry>
    </collision>

    <inertial>
      <origin xyz="0 0 0" />
      <mass value="2.8498940e-02" />
      <inertia ixx="1.1175580e-05" ixy="-4.2369783e-11" ixz="-5.9381719e-09"
               iyy="1.1192413e-05" iyz="-1.4400107e-11"
               izz="2.0712558e-05" />
      </inertial>
  </link>

  <joint name="wheel_right_joint" type="continuous">
    <parent link="base_link"/>
    <child link="wheel_right_link"/>
    <origin xyz="0.0 -0.080 0.023" rpy="-1.57 0 0"/>
    <axis xyz="0 0 1"/>
  </joint>

  <link name="wheel_right_link">
    <visual>
      <origin xyz="0 0 0" rpy="1.57 0 0"/>
      <geometry>
        <mesh filename="package://turtlebot3_description/meshes/wheels/right_tire.stl" scale="0.001 0.001 0.001"/>
      </geometry>
      <material name="dark"/>
    </visual>

    <collision>
      <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
      <geometry>
        <cylinder length="0.018" radius="0.033"/>
      </geometry>
    </collision>

    <inertial>
      <origin xyz="0 0 0" />
      <mass value="2.8498940e-02" />
      <inertia ixx="1.1175580e-05" ixy="-4.2369783e-11" ixz="-5.9381719e-09"
               iyy="1.1192413e-05" iyz="-1.4400107e-11"
               izz="2.0712558e-05" />
      </inertial>
  </link>

  <joint name="caster_back_joint" type="fixed">
    <parent link="base_link"/>
    <child link="caster_back_link"/>
    <origin xyz="-0.081 0 -0.004" rpy="-1.57 0 0"/>
  </joint>

  <link name="caster_back_link">
    <collision>
      <origin xyz="0 0.001 0" rpy="0 0 0"/>
      <geometry>
        <box size="0.030 0.009 0.020"/>
      </geometry>
    </collision>

    <inertial>
      <origin xyz="0 0 0" />
      <mass value="0.005" />
      <inertia ixx="0.001" ixy="0.0" ixz="0.0"
               iyy="0.001" iyz="0.0"
               izz="0.001" />
    </inertial>
  </link>

  <joint name="imu_joint" type="fixed">
    <parent link="base_link"/>
    <child link="imu_link"/>
    <origin xyz="-0.032 0 0.068" rpy="0 0 0"/>
  </joint>

  <link name="imu_link"/>

  <joint name="scan_joint" type="fixed">
    <parent link="base_link"/>
    <child link="base_scan"/>
    <origin xyz="-0.032 0 0.172" rpy="0 0 0"/>
  </joint>

  <link name="base_scan">
    <visual>
      <origin xyz="0 0 0.0" rpy="0 0 0"/>
      <geometry>
        <mesh filename="package://turtlebot3_description/meshes/sensors/lds.stl" scale="0.001 0.001 0.001"/>
      </geometry>
      <material name="dark"/>
    </visual>

    <collision>
      <origin xyz="0.015 0 -0.0065" rpy="0 0 0"/>
      <geometry>
        <cylinder length="0.0315" radius="0.055"/>
      </geometry>
    </collision>

    <inertial>
      <mass value="0.114" />
      <origin xyz="0 0 0" />
      <inertia ixx="0.001" ixy="0.0" ixz="0.0"
               iyy="0.001" iyz="0.0"
               izz="0.001" />
    </inertial>
  </link>

</robot>

（3）添加kinect相机模型文件

在这里插入图片描述

链接：https://pan.baidu.com/s/18Z8IqXy4N8LGrvYmiLuknQ 
提取码：wuat

将以上三个文件放置于turtlebot3_description/meshes文件夹下

（4）编译刷新运行，查看效果

在catkin_ws_turtlebot3工作空间下

catkin_make
source devel/setup.bash

roslaunch turtlebot3_gazebo turtlebot3_world.launch

rqt_image_view

在这里插入图片描述在这里插入图片描述

7、编译工作空间

catkin_make
source devel/setup.bash

8、建立环境地图

#开启gazebo场景
roslaunch rtab_room rtab_room.launch

#新终端开启rtab_map算法（此处有警告，暂未解决，但是仍可以运行）
source /opt/ros/kinetic/setup.bash
roslaunch rtabmap_ros rtabmap.launch

9、建图

（1）启动gazebo场景

roslaunch rtab_room rtab_room.launch

在这里插入图片描述
（2）启动rtab_map算法

roslaunch rtabmap_ros demo_turtlebot_mapping.launch simulation:=true

（3）启动rviz

roslaunch rtabmap_ros demo_turtlebot_rviz.launch

在这里插入图片描述

（4）启动键盘控制

rosrun teleop_twist_keyboard teleop_twist_keyboard.py

（5）建图
在这里插入图片描述在这里插入图片描述
（6）保存地图

rosrun map_server map_saver -f ~/map

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兴趣是最好的老师&#xff0c;HelloGitHub 让你对编程感兴趣&#xff01;简介HelloGitHub 分享 GitHub 上有趣、入门级的开源项目。https://github.com/521xueweihan/HelloGitHub这里有实战项目、入门教程、黑科技、开源书籍、大厂开源项目等&#xff0c;涵盖多种编程语言 Pyth…
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Studio One6有哪些新功能及系统配置要求介绍

Studio One6有哪些新功能及系统配置要求介绍

Studio One6全新版本上线记录、生产、混合、掌握和执行所有操作。从工作室到舞台&#xff0c;Studio One6以易用为核心&#xff0c;是您的创意合作伙伴。当你准备好登上舞台时&#xff0c;Studio One就在那里。只有Studio One从最初的灵感到完整的制作&#xff0c;最终混音到精…
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一个数码管显示0-F

一个数码管显示0-F

数码管的一种是半导体发光器件&#xff0c;数码管可分为七段数码管和八段数码管&#xff0c;区别在于八段数码管比七段数码管多一个用于显示小数点的发光二极管单元DP&#xff08;decimal point&#xff09;&#xff0c;其基本单元是发光二极管。七段数码管是一类价格便宜使用简…
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VuePress 搭建结合GitHub Pages CI

VuePress 搭建结合GitHub Pages CI

简介 VuePress 是尤雨溪&#xff08;vue.js 框架作者&#xff09;4月12日发布的一个全新的基于 vue 的静态网站生成器&#xff0c;实际上就是一个 vue 的 spa 应用&#xff0c;内置 webpack&#xff0c;可以用来写文档。详见 VuePress中文网 其实类似的建站工具有很多&#x…
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Java多线程 - 创建线程池的方法 - ThreadPoolExecutor和Executors

Java多线程 - 创建线程池的方法 - ThreadPoolExecutor和Executors

文章目录线程池(重点)线程池介绍实现线程池的方式方式一: 实现类ThreadPoolExecutorThreadPoolExecutor构造器的参数线程池处理Runnable任务线程池处理Callable任务方式二: Executors工具类创建线程池线程池(重点) 线程池介绍 什么是线程池? 线程池就是一个可以复用线程的技…
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以太网报文详解

以太网报文详解

以太网数据帧格式 以太网链路传输的数据包称做以太帧&#xff0c;或者以太网数据帧。在以太网中&#xff0c;网络访问层的软件必须把数据转换成能够通过网络适配器硬件进行传输的格式。 以太帧的工作机制 当以太网软件从网络层接收到数据报之后&#xff0c;需要完成如下操作&am…
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模拟实现stack queue/dequeue/适配器/优先级队列/仿函数

模拟实现stack queue/dequeue/适配器/优先级队列/仿函数

⭐前言&#xff1a;学习C的STL&#xff0c;我们不仅仅要要求自己能够熟练地使用上层语法&#xff0c;我们还必须要求自己了解其底层原理&#xff0c;不需要了解得太深入&#xff0c;但一定得知道我们写出的各种代码后面&#xff0c;究竟采用了哪种设计思想&#xff0c;为什么要…
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