记录一下学习过程，方便日后复用。

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前言

本文使用多线雷达转单线，并使用cartographer建图，博主先用velodyne的VLP -16雷达完成了一遍仿真，本篇博客用的velodyne HDL -32E，二者稍做修改即可。博主的配置为：ubuntu 20.04 + ROS noetic 。

一、搭建仿真环境

1、安装cartographer

可以参考该文章： 最新cartographer安装：使用ubuntu20.04 + ROS Noetic_yqziqian2的博客-CSDN博客_ubuntu20.04 安装cartographerhttps://blog.csdn.net/yqziqian2/article/details/118100338

博主使用的是RMUS比赛的docker镜像，自带cartographer，省去了安装的麻烦，若有想使用该镜像的，可以去查看GitHub：

ICRA-RM-Sim2Real/sim2real-install-guide-cn.md at main · AIR-DISCOVER/ICRA-RM-Sim2Real · GitHubhttps://github.com/AIR-DISCOVER/ICRA-RM-Sim2Real/blob/main/docker_client/sim2real-install-guide-cn.md只需要cartographer的话，只安装client就好，docker镜像地址： rmus2022/client Tags | Docker Hubhttps://hub.docker.com/r/rmus2022/client/tags

2、创建小车工作空间

(1) 选择合适的小车就好，没有特殊要求，我用的是tianbot_mini，后文主要用到的工作空间就是tianbot_mini_ws，不再赘述。GitHub链接如下：

GitHub - tianbot/tianbot_mini: TianbotMini ROS移动机器人学习平台，10分钟跑通机器人SLAM应用，自主导航尽在掌心之中。https://github.com/tianbot/tianbot_mini有些文件我做了适当更改，另外小车太小，我做了适当放大，根据自己情况来就好。

(2) 下载velodyne_simulator至工作空间的src中，地址：

GitHub - lmark1/velodyne_simulator: URDF description and Gazebo plugins to simulate Velodyne laser scanners - fork from BitBucket: https://bitbucket.org/DataspeedInc/velodyne_simulatorhttps://github.com/lmark1/velodyne_simulator(3) 下载三维点云转二维文件至工作空间的src中，具体使用教程查看我的这篇博客，教程内容无需更改即适用于本篇博客：VLP16:使用pointcloud_to_laserscan将三维点云转化为二维LaserScan_NEUer_ljx的博客-CSDN博客https://blog.csdn.net/NEUer_ljx/article/details/125741315

二、修改小车的部分文件

1.修改xacro文件

（1）修改tianbot_mini_run.urdf.xacro  ：根据自己情况选择小车需要的部件，我只加入了小车本体、激光雷达和imu，另外，将所引用的所有xacro文件复制到小车的urdf文件夹里，以防出错。

代码如下：

<?xml version="1.0"?>
<robot name="tianbot_mini" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro"><!--小车的xacro文件 --><xacro:include filename="$(find tianbot_mini)/urdf/tianbot_big.urdf.xacro" /><!--HDL-32E雷达的xacro文件 --><xacro:include filename="$(find tianbot_mini)/urdf/HDL-32E.urdf.xacro"/><xacro:HDL-32E parent="base_link" name="velodyne" topic="/velodyne_points" organize_cloud="false" hz="10" samples="1024" gpu="false"><origin xyz="0.3 0 1.0" rpy="0 0 0" /></xacro:HDL-32E><!--imu的xacro文件 --><xacro:include filename="$(find tianbot_mini)/urdf/imu.xacro" /> <tianbot_mini/></robot>

须注意的是更改雷达的name="velodyne" topic="/velodyne_points"，和后续其他文件的雷达topic要对应起来。

（2）修改小车本体的xacro文件，主要是修改gazebo插件部分：

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<robot xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro"><link name="base_link"/>... ...  此处代码省略  ... ...<!-- controller --><gazebo><plugin name="differential_drive_controller" filename="libgazebo_ros_diff_drive.so"><rosDebugLevel>Error</rosDebugLevel><publishWheelTF>false</publishWheelTF><robotNamespace>/</robotNamespace><publishTf>true</publishTf><publishOdomTF>false</publishOdomTF><publishOdom>false</publishOdom> <publishWheelJointState>false</publishWheelJointState><updateRate>50</updateRate><legacyMode>false</legacyMode><leftJoint>left_wheel_joint</leftJoint><rightJoint>right_wheel_joint</rightJoint><wheelSeparation>0.1</wheelSeparation><wheelDiameter>0.043</wheelDiameter><broadcastTF>0</broadcastTF><wheelTorque>20</wheelTorque><wheelAcceleration>1.0</wheelAcceleration><commandTopic>cmd_vel</commandTopic><!--<odometryFrame>tianbot_mini/odom</odometryFrame> <odometryTopic>tianbot_mini/odom</odometryTopic> <odometrySource>world</odometrySource> --><robotBaseFrame>base_link</robotBaseFrame></plugin></gazebo> </robot>

我不需要里程计，所以发布odom有关的我都设为false，发布odom话题的我都注释掉了，根据自己情况选择。<commandTopic>cmd_vel</commandTopic> 此处跟cartographer所发布的名称相同，为cmd_vel。

（3）另附上imu.xacro文件的代码：

<?xml version="1.0"?>
<robot xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro" name="lidar"><!--  add imu llink   --><gazebo reference="imu_link"><material>Gazebo/Red</material></gazebo>    <link name="imu_link"><visual><geometry><box size="0.05 0.05 0.05"/>   <!-- 简单定义Imu形状为一个方形 --></geometry><materialname=""><colorrgba="0.8 0.0 0.0 1.0" /></material></visual></link><joint name ="imu_joints" type="fixed"><origin xyz="0.5 0.0 0.15" rpy="0.0 0.0 0.0"/> <!-- 相对 base_link 的位置 --><parent link="base_link"/><child link="imu_link"/></joint><!-- add imu link simlations plugines  --><gazebo reference="imu_link"><gravity>true</gravity><sensor name="imu_sensor" type="imu"><always_on>true</always_on><update_rate>100</update_rate><visualize>false</visualize><topic>/imu/data</topic><plugin filename="libgazebo_ros_imu_sensor.so" name="imu_plugin"><topicName>/imu</topicName>     <!-- 由建图算法定的名字--><bodyName>imu_link</bodyName><updateRateHZ>10.0</updateRateHZ><gaussianNoise>0.0</gaussianNoise><xyzOffset>0 0 0</xyzOffset><rpyOffset>0 0 0</rpyOffset><frameName>imu_link</frameName><initialOrientationAsReference>false</initialOrientationAsReference></plugin><pose>0 0 0 0 0 0</pose></sensor></gazebo></robot>

这里要注意 <topicName>/imu</topicName>，此处和cartographer订阅的话题名要相同，为/imu，同理，若使用其他算法，应改为该算法所订阅的名称。

2.修改launch文件

（1）simulation.launch  ：

代码如下：

<launch><arg name="robot_name" default="tianbot_mini" /><!-- 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"/><arg name="world_name" default="$(find tianbot_mini)/worlds/bigplane.world" /> <!-- 此处改为自己的world文件路径 --><!-- 运行gazebo仿真环境 --><include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch"><arg name="world_name" value="$(arg world_name)" /><arg name="debug" value="$(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)"/><remap from="tf" to="gazebo_tf"/></include><!-- 加载机器人模型描述参数 --><group ns="$(arg robot_name)"><param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro --inorder '$(find tianbot_mini)/urdf/tianbot_mini_run.urdf.xacro' " /><!-- 运行joint_state_publisher节点，发布机器人的关节状态  --><node name="joint_state_publisher" pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" ><param name="rate" value="50"/></node> <!-- 运行robot_state_publisher节点，发布tf  --><node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher"  output="screen" ><param name="publish_frequency" type="double" value="50.0" /></node><!-- 在gazebo中加载机器人模型--> <node name="urdf_spawner" pkg="gazebo_ros" type="spawn_model" respawn="false" output="screen"args="-urdf -model tianbot_mini -param robot_description -model mobile_base -z 0.221320"/><!-- 根据需要选择是否启动RViz --><!--<arg name="rviz" default="true"/><node if="$(arg rviz)" pkg="rviz" type="rviz" name="$(anon rviz)" respawn="false" output="screen" args="-d $(find tianbot_mini)/rviz/test3d.rviz" /> --></group></launch>

（2）修改teleop.launch

要把 ns="$(arg robot_name)"  删除，否则发布的cmd_vel话题前面会加上机器人的name，导致和gazebo订阅的/cme_vel不一样，从而无法用键盘控制小车跑。没有的忽略即可。

3、小结

到这里仿真环境就搭完了，我们启动launch文件，可以查看环境，并用键盘控制小车了。

三、创建cartographer2D建图文件

可以在cartographer的工作空间下创建文件，也可以在小车的工作空间下创建，两种方式我都试了，方法均放在这里，根据需要选择。

推荐在小车工作空间创建，避免启动时找不到文件的情况发生！！！

（一）在cartographer的工作空间下创建文件

1、新建hdl32.lua

在/carto_ws/src/cartographer_ros/cartographer_ros/configuration_files下新建hdl32.lua文件

include "map_builder.lua"
include "trajectory_builder.lua"options = {map_builder = MAP_BUILDER,trajectory_builder = TRAJECTORY_BUILDER,map_frame = "map",tracking_frame = "imu_link",published_frame = "base_link",odom_frame = "odom",provide_odom_frame = true,  --truepublish_frame_projected_to_2d = true,use_odometry = true,use_nav_sat = false,use_landmarks = false,num_laser_scans = 1,num_multi_echo_laser_scans = 0,num_subdivisions_per_laser_scan = 1,num_point_clouds = 0,lookup_transform_timeout_sec = 2.0, --0.2submap_publish_period_sec = 0.3,pose_publish_period_sec = 5e-3,trajectory_publish_period_sec = 30e-3,rangefinder_sampling_ratio = 1.,odometry_sampling_ratio = 1.,fixed_frame_pose_sampling_ratio = 1.,imu_sampling_ratio = 1.,landmarks_sampling_ratio = 1.,
}MAP_BUILDER.use_trajectory_builder_2d = trueTRAJECTORY_BUILDER_2D.min_range = 0
TRAJECTORY_BUILDER_2D.max_range = 100
TRAJECTORY_BUILDER_2D.missing_data_ray_length = 1.0
TRAJECTORY_BUILDER_2D.num_accumulated_range_data=1TRAJECTORY_BUILDER_2D.voxel_filter_size=0.025
TRAJECTORY_BUILDER_2D.use_imu_data = true
TRAJECTORY_BUILDER_2D.use_online_correlative_scan_matching = true
TRAJECTORY_BUILDER_2D.real_time_correlative_scan_matcher.translation_delta_cost_weight = 1e-1
TRAJECTORY_BUILDER_2D.real_time_correlative_scan_matcher.rotation_delta_cost_weight = 1e-1
TRAJECTORY_BUILDER_2D.real_time_correlative_scan_matcher.linear_search_window=0.1TRAJECTORY_BUILDER_2D.submaps.num_range_data=90 --35POSE_GRAPH.constraint_builder.min_score = 0.65
POSE_GRAPH.constraint_builder.global_localization_min_score = 0.75
POSE_GRAPH.optimize_every_n_nodes = 90 --35
POSE_GRAPH.optimization_problem.huber_scale=10 --10return options

2、新建hdl32_2d.launch

在/carto_ws/src/cartographer_ros/cartographer_ros/launch下新建hdl32_2d.launch文件

<launch><param name="/use_sim_time" value="true" /><node name="cartographer_node" pkg="cartographer_ros"type="cartographer_node" args="-configuration_directory $(find cartographer_ros)/configuration_files-configuration_basename hdl32.lua" output="screen"><remap from="scan" to="/scan" /></node><node name="cartographer_occupancy_grid_node" pkg="cartographer_ros"type="cartographer_occupancy_grid_node" args="-resolution 0.05" /><node name="rviz" pkg="rviz" type="rviz" required="true"args="-d $(find cartographer_ros)/configuration_files/demo_2d.rviz" />
</launch>

（1） -configuration_basename hdl32.lua这里的文件名就是上一步新建的lua文件

（2）demo_2d.rviz后续可以改为自己的rviz配置文件

3、编译carto工作空间

注意编译cartographer的工作空间不能用catkin_make，要用catkin_make_isolated

cd ~/carto_ws

catkin_make_isolated --install --use-ninja

source ~/carto_ws/devel_isolated/setup.bash

一般编译完成后在/carto_ws/install_isolated/share/cartographer_ros/configuration_files 和 /carto_ws/install_isolated/share/cartographer_ros/launch 下会生成和1、2步同名的文件，如果没有就把1、2步新建的文件复制粘贴到对应路径，然后再次编译。

（二） 在小车的工作空间下创建文件

在小车工作空间的src中创建carto_nav功能包，如图所示：

1、新建hdl32.lua

在～/tianbot_mini_ws/src/carto_nav/param中新建hdl32.lua文件，代码同上。

2、新建hdl32_2d.launch

在～/tianbot_mini_ws/src/carto_nav/launch中新建hdl32_2d.launch文件

<launch><param name="/use_sim_time" value="true" /><param name="robot_description" textfile="$(find tianbot_mini)/urdf/tianbot_hdl32.urdf"/><node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" /> <node name="cartographer_node" pkg="cartographer_ros"type="cartographer_node" args="-configuration_directory $(find carto_nav)/param-configuration_basename hdl32.lua"output="screen"><remap from="scan" to="/scan" /></node><node name="cartographer_occupancy_grid_node" pkg="cartographer_ros"type="cartographer_occupancy_grid_node" args="-resolution 0.05" /><node name="rviz" pkg="rviz" type="rviz" required="true"args="-d $(find carto_nav)/rviz/new_2d.rviz" /></launch>

3、新建map_writer.sh

在～/tianbot_mini_ws/src/carto_nav/launch中新建map_writer.sh文件，用于保存pbstream地图，并将pbstream地图转换为pgm地图+地图的yaml文件。注意更改地图的存储路径及地图名称！

#!/bin/bash
rosservice call /finish_trajectory 0
rosservice call /write_state "filename: '/home/sim2real/tianbot_mini_ws/src/carto_nav/maps/maptest1.pbstream'"
rosrun cartographer_ros cartographer_pbstream_to_ros_map -map_filestem=/home/sim2real/tianbot_mini_ws/src/carto_nav/maps/maptest1 -pbstream_filename=/home/sim2real/tianbot_mini_ws/src/carto_nav/maps/maptest1.pbstream -resolution=0.05

4、编译工作空间

 cd ~/tianbot_mini_wscatkin_makesource ~/tianbot_mini_ws/devel/setup.bash

因为要编译cartographer的文件，所以这里编译暂不清楚用 catkin_make_isolated --install --use-ninja还是普通的catkin_make，我用过isolated编译后会报各种错误，所以还是用了catkin_make。

四、建图

1、启动仿真环境

cd ~/tianbot_mini_ws/src/tianbot_mini/launch
roslaunch simulation.launch

2、启动雷达转换节点

 cd ~/tianbot_mini_ws/src/pointcloud_to_laserscan-lunar-devel/launchroslaunch my_node.launch

3、启动建图

 cd ~/tianbot_mini_ws/src/carto_nav/launchroslaunch hdl32_2d.launch

4、启动键盘控制节点

 roslaunch teleop.launch

建图示例：

用画图软件打开的pgm地图：

5、保存地图

 cd ~/tianbot_mini_ws/src/carto_nav/launch./map_writer.sh

6、修图

使用画图软件对地图进行调整， 用到的软件为：kolourpaint，用法与windows画图基本相同。

安装：sudo apt install kolourpaint

在地图存储路径下：

cd ~/tianbot_mini_ws/src/carto_nav/maps
kolourpaint maptest1.pgm

调整后的地图：

---

总结

各个文件中的topic_name和frame_id要一致，多使用rqt_graph查看话题节点情况，使用rosrun rqt_tf_tree rqt_tf_tree查看tf_tree，使用rostopic echo /velodyne_points | grep frame_id查看frame id。

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