引言

在这个-SLAM建图和导航仿真实例-项目中，主要分为三个部分，分别是

• （一）模型构建
• （二）根据已知地图进行定位和导航
• （三）使用RTAB-MAP进行建图和导航

该项目的slam_bot已经上传我的Github。

由于之前的虚拟机性能限制，我在这个项目中使用了新的ubantu 16.04环境，虚拟机配置

• 内存 8G
• CPU 四核
• 禁用硬件加速（重要：否则gazebo会打开失败）

一、模型构建

1、使用Solidworks建立slam_bot包

使用Solidworks建立模型如下图，其中有很多部分值得注意。

1. 定义底盘底面为base_link坐标系的xoy平面，底面中点为坐标原点，小车正方向为x轴正方向建立右手系；
2. 各个车轮坐标系原点为各个车轮内侧平面圆心，x轴与base_link坐标系x轴对齐，y轴与车轴平齐（与base_link坐标系y轴对齐或相向）建立右手系；
3. 车轮的旋转轴分别为对应的转轴轴线。

值得注意的是，在下图中有两个坐标系，分别是坐标系1和coordinate0。在一开始，我没有意识到使用coordinate0作为坐标原点是一个多么错误的选择。在后来使用skid_steer_drive_controllergazebo插件时，模型一直在原地转圈，直到我在rviz中查看tf转换关系时，才发现是错误的tf转换，导致了插件的控制错误。所以一定要严格遵循上述所说的坐标系建立规则。

图1-1 solidworks模型

使用solidworks的urdf_exporter插件导出urdf和模型文件。在图1-2中base_link忘记选择参考坐标系了，若以上图坐标系为准，则需要选择 - 坐标系1。

关于更多urdf_exporter安装和使用可以参考我的博客-【从零开始的ROS四轴机械臂控制】（一）- 实际模型制作、Solidworks文件转urdf与rviz仿真.。

图1-2 urdf-exporter导出界面

若选择无误，就可以导出模型了。

我在Github中提供了最初始的slam_bot package文件。

2.更改slam_bot包

（1）urdf文件夹

导航到urdf文件夹

$ ~/catkin_ws/src/slam_bot/urdf

将slam_bot.urdf 更名成slam_bot.xacro，并新建slam_bot.gazebo.xacro文件。

更改slam_bot.xacro

添加xacro namespace。

<robot  name="slam_bot" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro">

添加slam_bot.gazebo.xacro，导入gazebo插件

  <xacro:include filename="$(find slam_bot)/urdf/slam_bot.gazebo.xacro" />

在base_link节点之前添加base_footprint节点

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

在camera节点之后添加laser节点

  <link name="hokuyo"><collision><origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/><geometry><mesh filename="package://slam_bot/meshes/hokuyo.dae"/>geometry>collision><visual><origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/><geometry><mesh filename="package://slam_bot/meshes/hokuyo.dae"/>geometry><material name="red"><color rgba="1.0 0 0 1.0"/>material>visual><inertial><mass value="1e-5" /><origin xyz="0 0 0" rpy="0 1.57 0"/><inertia ixx="1e-6" ixy="0" ixz="0" iyy="1e-6" iyz="0" izz="1e-6" />inertial>link><joint name="hokuyo_joint" type="fixed"><axis xyz="0 0 0" /><origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/><parent link="base_link"/><child link="hokuyo"/>joint>

更改各个joint设置，如joint_wheel_FR。注意的设置，否则也会导致错误的控制。

  <jointname="joint_wheel_FR"type="continuous"><originxyz="0.0800000000000013 -0.0799999999999997 0.04"rpy="0 0 0" /><parentlink="base_link" /><childlink="link_wheel_FR" /><axisxyz="0 1 0" />joint>

joint type设置为“continuous”，类似于转动关节，但对其旋转没有限制。它可以绕一个轴连续旋转。关节会有自己的旋转轴axis，一些特定的关节动力学dynamics与关节的物理特性(如“摩擦”)相对应，以及对该关节施加最大“努力”和“速度”的某些限制limits。这些限制对于物理机器人是有用的约束，并且可以帮助在仿真中创建更健壮的机器人模型。

点击这里来更好地理解这些限制。

RGB-D点云是默认朝上,需向slam_bot.xacro中添加如下的link和joint

  <link name="camera_depth_optical_frame" /><joint name="camera_depth_optical_joint" type="fixed"><origin rpy="-1.57079632679 0 -1.57079632679" xyz="0 0 0" /><parent link="camera"/><child link="camera_depth_optical_frame" />joint>

更改slam_bot.gazebo.xacro

添加如下插件

• 四轮机器人控制驱动：skid_steer_drive_controller
• RGBD 深度摄像机:libgazebo_ros_openni_kinect
• 激光传感器: head_hokuyo_sensor

<robot><gazebo><plugin name="skid_steer_drive_controller" filename="libgazebo_ros_skid_steer_drive.so"><alwaysOn>truealwaysOn><updateRate>100.0updateRate><robotNamespace>/robotNamespace><leftFrontJoint>joint_wheel_FLleftFrontJoint><rightFrontJoint>joint_wheel_FRrightFrontJoint><leftRearJoint>joint_wheel_BLleftRearJoint><rightRearJoint>joint_wheel_BRrightRearJoint><wheelSeparation>0.16wheelSeparation><wheelDiameter>0.08wheelDiameter><robotBaseFrame>base_footprintrobotBaseFrame><torque>20torque><commandTopic>cmd_velcommandTopic><odometryTopic>odomodometryTopic><odometryFrame>odomodometryFrame><broadcastTF>1broadcastTF>plugin>gazebo><gazebo reference="camera"><sensor type="depth" name="camera"><always_on>truealways_on><visualize>falsevisualize><update_rate>15.0update_rate><camera name="front"><horizontal_fov>1.047197horizontal_fov><image><format>B8G8R8format><width>400width><height>300height>image><clip><near>0.01near><far>8far>clip>camera><plugin name="camera_controller" filename="libgazebo_ros_openni_kinect.so"><baseline>0.1baseline><alwaysOn>truealwaysOn><updateRate>15.0updateRate><cameraName>cameracameraName><imageTopicName>/camera/rgb/image_rawimageTopicName><cameraInfoTopicName>/camera/rgb/camera_infocameraInfoTopicName><depthImageTopicName>/camera/depth/image_rawdepthImageTopicName><depthImageCameraInfoTopicName>/camera/depth_registered/camera_infodepthImageCameraInfoTopicName><pointCloudTopicName>/camera/depth_registered/pointspointCloudTopicName><frameName>camera_depth_optical_frameframeName><pointCloudCutoff>0.35pointCloudCutoff><pointCloudCutoffMax>4.5pointCloudCutoffMax><CxPrime>0CxPrime><Cx>0Cx><Cy>0&l