一、忠告

ubuntu版本：20.04
ros版本：noetic
webots版本：webots_2021a_amd64.deb
所有版本严格按照教程的来，如版本不一样，报错自己解决。
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二、下载webots

当然最推荐的还是去官网下载，只不过会有点慢，下面给出百度网盘链接，需要的自取。
链接: https://pan.baidu.com/s/19wk2C7DhH5SqCT63Tftj1A?pwd=6666 提取码: 6666
所含版本如下：（本教程使用webots_2021a_amd64.deb）
下载完成后进入目标文件夹运行以下命令进行安装：

sudo dpkg -i webots_2020b-rev1_amd64.deb

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三、下载安装webots_ros

安装相应版本的webots_ros（melodic的就把下面代码的noetic改成melodic，如此类推）
运行以下命令：

sudo apt install ros-noetic-webots-ros

mkdir catkin_webots
cd catkin_webots
mkdir src

进入/usr/local/webots/projects/languages/ros/文件夹下将webots_ros整个文件夹复制到catkin_webots/src下面。
如果没找到webots_ros,从github下载下来，同样也是放到catkin_webots/src下面。
下载地址：https://github.com/cyberbotics/webots_ros/
进入/usr/local/webots/projects/default/controllers/ros/include/文件夹下面的srv和msg文件夹复制到刚刚放在catkin_webots工作空间下的webots_ros功能包内，最终webots_ros文件夹内容如下：
配置环境变量
打开bashrc文件

sudo gedit ~/.bashrc

在文件最后添加export WEBOTS_HOME=/usr/local/webots/
上述方法似乎不管用所以我们直接在命令行里输入

export WEBOTS_HOME=/usr/local/webots/

编译

cd catkin_webots
catkin_make

ros运行webots
编译成功后接着输入以下代码

source devel/setup.bash
roslaunch webots_ros pioneer3at.launch

如果你成功打开了webots并且控制器显示如下，恭喜你webots和ros已经成功连接了。
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四、下载安装Cartographer

参考链接: https://blog.csdn.net/jianyoutianxia99/article/details/120901805?spm=1001.2014.3001.5506

前提
1. ros安装成功
2. rosdep update成功
  命令行输入下面指令不报错即为成功

rosdep update

安装依赖

sudo apt-get update
sudo apt-get install -y \clang \cmake \g++ \git \google-mock \libboost-all-dev \libcairo2-dev \libceres-dev \protobuf-compiler\ros-neotic-tf2-eigen\liblapack-dev\libatlas-base-dev\libprotobuf-dev\libwebp-dev\libcurl4-openssl-dev \libeigen3-dev \libgflags-dev \libgoogle-glog-dev \liblua5.2-dev \libsuitesparse-dev \lsb-release \ninja-build \python3-sphinx \python-wstool\python-rosdep\stow

初始化工作空间

mkdir catkin_cg
cd catkin_cg
wstool init src

下载安装cartographer和cartographer_ros

cd catkin_cg/src
git clone https://gitee.com/liu_xiao_eu/cartographer.git
git clone https://gitee.com/liu_xiao_eu/cartographer_ros.git

在src文件夹下，获取ceres-solver源码

wget ceres-solver.org/ceres-solver-1.13.0.tar.gz #在文件夹中进行解压后再进行下一步
cd ~/catkin_cg/src/ceres-solver-1.13.0
mkdir build
cd build
cmake ..
make

然后测试一下是否通过

make test
sudo make install

安装cartographer_ros的依赖项（proto3）
为了提高下载速度，以免超时，先做如下操作：
通过该路径找到并编辑install_proto3.sh文件src/cartographer/scripts/install_proto3.sh
更改为如下下载地址：

cd catkin_cg
src/cartographer/scripts/install_proto3.sh

安装 abseil-cpp library

cd catkin_cg
src/cartographer/scripts/install_abseil.sh

编译Cartographer

catkin_make_isolated --install --use-ninja   #比较慢需要等几分钟

下载官方测试数据
下载地址: https://storage.googleapis.com/cartographer-public-data/bags/backpack_2d/cartographer_paper_deutsches_museum.bag
运行官方demo

cd catkin_cg
catkin_make_isolated --install --use-ninja
source install_isolated/setup.bash
roslaunch cartographer_ros demo_backpack_2d.launch bag_filenames:=${HOME}/Downloads/cartographer_paper_deutsches_museum.bag

如果你成功打开了rviz且建图如上，恭喜你，成功安装Cartographer！
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五、搭建webots机器人基础教程

当你看到这里，你得保证前面的步骤都没有问题，也就是webots和ros连接以及Cartographer成功安装。接下来讲解webots搭建机器人的基本操作，如果你已经有相关经验，并且拥有自己的机器人模型，可以选择跳过这一步。
参考链接: https://blog.csdn.net/xiaokai1999/article/details/112545173

1. 创建一个新世界

打开webots，文件->新世界
然后向场景树添加以下三个节点
操作完场景树如下图所示，并且我们可以更改地板大小为5m*5m。

2.搭建机器人模型

添加Robot节点
从左侧场景树Robot->children添加节点Base_nodes->Shape
通过Robot->children->Shape定义DEF为body
从Robot->children->Shape->appearance NULL添加Base_nodes->Appearance
从Robot->children->Shape->geometry NULL添加Base_nodes->Box
从appearance Apearance->material添加Base_nodes->Material
通过更改diffuseColor可以改变模型颜色；通过改变geometry Box->size可以改变模型大小。

添加碰撞体积和物理属性
从Robot->boundingObject NULL添加之前定义的body节点USE->body。
从Robot->physics NULL添加节点Base_nodes->Physics。
创建轮子
1. 从Robot->children添加Base_nodes->HingeJoint定义DEF->left_wheel。
2. 从HingeJoint->jointParameters添加 HingeJointParameters。
3. 从HingeJoint->device添加Rotatioal Motor,Rotatioal Motor->name改为left_motor。
4. 从HingeJoint->endPoint添加Base_nodes->soild。
5. 接着从soild->children节点下创建一个shape节点，在shape节点下设置轮子的形状为Cylinder。
6. 点击查看–>可选显示–>show joint Axes或者同时按下ctrl+F5，可以显示出旋转轴，方便我们调整旋转轴及旋转原点。
7. 通过调整translation和rotation，将轮子设置到合适的位置，轮子半径为0.15则需将Robot的位置抬高0.15。
8. 最后，在HingeJoint->endPoint节点下给轮子增加碰撞属性boundingObject及重力属性physics。
9. 右轮同理。

增加支撑导轮
1. 从Robot->children下创建一个Base_nodes->HingeJoint节点。
2. 向上面的教程一样创建jointParameters节点和endpoint节点,导轮不需要电机驱动则无需管device节点。
3. 导轮的形状是圆球，因此在shape节点下设置导轮的形状为Sphere。
4. 调整导轮到合适位置，并设置好旋转中心。
5. 同理完成前后两个导轮。

3.保存地图

将地图保存在路径catkin_webots/src/webots_ros/worlds。
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六、向已建好的机器人模型添加激光雷达

在这一步，你可以使用webots自带节点的雷达，
如在Robot->children添加PROTO nodes—>devices->sick->SickLms291(lidar)Sick_LMS_291,
也可以像我接下来教的一样创建一个可以调整参数的自定义激光雷达。

从Robot->children添加Base_nodes->Lidar定义DEF为lidar。
从Lidar->children添加Shape并在geometry节点选择形状Cylinder。
调整雷达位置和大小。
修改雷达参数
我们使用单线激光雷达，将Lidar->numberOfLayers改为1；将Lidar->type改为rotating

点击查看–>可选显示–>Show Lidar Ray Paths或者同时按下ctrl+F7，可以显示出雷达扫描的范围。

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七、测试激光雷达与ROS的通信

1.webots与ros连接

进入catkin_webots/src/webots_ros/launch目录下新建一个demo.launch文件，写入下列代码，用来启动你自己的机器人模型。

<?xml version="1.0"?>
<launch><!-- start Webots --><arg name="no-gui" default="false," doc="Start Webots with minimal GUI"/><include file="$(find webots_ros)/launch/webots.launch"><arg name="mode" value="realtime"/><arg name="no-gui" value="$(arg no-gui)"/><arg name="world" value="$(find webots_ros)/worlds/demo.wbt"/></include>
</launch>

运行以下代码启动webots:

cd catkin_webots
catkin_make
source devel/setup.bash
roslaunch webots_ros demo.launch

将Robot->controller改为ros

此时webots与ros就连接成功了。
为了今后操作方便我们将该机器人的名字改一下
在Robot->controllerArgs添加--name=robot

保存并重新加载运行世界，会发现我们机器人的名字已经更改。

2.查看激光雷达发布的话题

运行webots世界，打开一个新的终端，输入下列命令，
可以看到webots发布了一系列服务，并且含有我们激光雷达的服务。

rosservice list

使能激光雷达

rosservice call /robot/my_Lidar/enable "value : 1"success: True    #证明激光雷达已经开启了

通过下面这个命令可以看到激光雷达已经发布了两个主题。

rostopic list

我们用rviz来验证一下

rviz

把Fixed Frame改为robot/my_Lidar;把LaserScan的Topic改为/robot/my_Lidar/laser_scan/layer0
即可看到激光雷达已经检测出障碍物了。

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八、webots使用Cartographer建图

Cartographer建图简介
首先我们要了解Cartographer建图的流程哈，它只需配置两个文件，一个是.launch文件，一个是.lua文件。
下面我们来仔细看看这两个文件。
1. luanch文件
  参考链接: https://blog.csdn.net/weixin_42156097/article/details/112471167
  Cartographer的luanch文件在路径catkin_cg/src/cartographer_ros/cartographer_ros/launch下，2d建图一般使用demo_revo_lds.launch作为模板去更改为符合我们机器人的launch文件。可以新建一个launch文件将其代码粘贴过来进行修改。
  其代码内容如下：
2. lua文件
  我们在catkin_cg/src/cartographer_ros/cartographer_ros/configuration_files下找到与luanch文件对应的revo_lds.lua文件，同样供我们另存修改。
  其代码内容如下：
  做完这两件事之后记得编译一下

cd catkin_cg
catkin_make_isolated --install --use-ninja

启动webots节点，并配置tf树
我们在自己的工作空间下catkin_webots/src/webots_ros/src新建一个broadcaster.cpp文件用来启动我们的激光雷达、GPS和IMU等节点，并进行tf的连接。
详细操作请看参考链接: https://blog.csdn.net/xiaokai1999/article/details/112596613
broadcaster.cpp的代码如下：

#include <signal.h>
#include <std_msgs/String.h>
#include "ros/ros.h"
#include <sensor_msgs/LaserScan.h>
#include <sensor_msgs/NavSatFix.h>
#include <sensor_msgs/Imu.h>
#include <tf/transform_broadcaster.h>
#include <webots_ros/set_float.h>
#include <webots_ros/set_int.h>
#include <webots_ros/Int32Stamped.h>
#include <rosgraph_msgs/Clock.h>using namespace std;
#define TIME_STEP 32    //时钟
#define NMOTORS 2       //电机数量
#define MAX_SPEED 2.0   //电机最大速度ros::NodeHandle *n;static int controllerCount;
static vector<string> controllerList; ros::ServiceClient timeStepClient;          //时钟通讯客户端
webots_ros::set_int timeStepSrv;            //时钟服务数据void controllerNameCallback(const std_msgs::String::ConstPtr &name) { controllerCount++; controllerList.push_back(name->data);//将控制器名加入到列表中ROS_INFO("Controller #%d: %s.", controllerCount, controllerList.back().c_str());
}void quit(int sig) {ROS_INFO("User stopped the '/robot' node.");timeStepSrv.request.value = 0; timeStepClient.call(timeStepSrv); ros::shutdown();exit(0);
}//tf坐标转换
void broadcastTransform()
{static tf::TransformBroadcaster br;tf::Transform transform;transform.setOrigin(tf::Vector3(-GPSvalues[2],GPSvalues[0],GPSvalues[1]));// 设置原点tf::Quaternion q(Inertialvalues[0],Inertialvalues[1],Inertialvalues[2],Inertialvalues[3]);// 四元数 ->欧拉角q = q.inverse();// 反转四元数transform.setRotation(q); //设置旋转数据br.sendTransform(tf::StampedTransform(transform,ros::Time::now(),"odom","base_link"));// 发送tf坐标关系transform.setIdentity();br.sendTransform(tf::StampedTransform(transform, ros::Time::now(), "base_link", "/robot/Sick_LMS_291"));
}//gps回调函数
void gpsCallback(const sensor_msgs::NavSatFix::ConstPtr &values)
{GPSvalues[0] = values->latitude;// 纬度GPSvalues[1] = values->altitude;// 海拔高度GPSvalues[2] = values->longitude;// 经度broadcastTransform(); // tf坐标转换
}
//IMU回调函数
void inertial_unitCallback(const sensor_msgs::Imu::ConstPtr &values)
{Inertialvalues[0] = values->orientation.x; Inertialvalues[1] = values->orientation.y;Inertialvalues[2] = values->orientation.z;Inertialvalues[3] = values->orientation.w;broadcastTransform(); // tf坐标转换
}int main(int argc, char **argv) {setlocale(LC_ALL, ""); // 用于显示中文字符string controllerName;// 在ROS网络中创建一个名为robot_init的节点ros::init(argc, argv, "robot_init", ros::init_options::AnonymousName);n = new ros::NodeHandle;// 截取退出信号signal(SIGINT, quit);//订阅gps服务    ros::ServiceClient gps_Client;          webots_ros::set_int gps_Srv;            ros::Subscriber gps_sub;gps_Client = n->serviceClient<webots_ros::set_int>("/robot/gps/enable"); // 使能GPS服务gps_Srv.request.value = TIME_STEP;// 判断gps使能服务是否成功if (gps_Client.call(gps_Srv) && gps_Srv.response.success) {ROS_INFO("gps enabled.");// 订阅gps话题，获取数据gps_sub = n->subscribe("/robot/gps/values", 1, gpsCallback);ROS_INFO("Topic for gps initialized.");while (gps_sub.getNumPublishers() == 0) {}ROS_INFO("Topic for gps connected.");} else {if (!gps_Srv.response.success)ROS_ERROR("Failed to enable gps.");return 1;}//订阅IMU服务ros::ServiceClient inertial_unit_Client;          webots_ros::set_int inertial_unit_Srv;            ros::Subscriber inertial_unit_sub;inertial_unit_Client = n->serviceClient<webots_ros::set_int>("/robot/inertial_unit/enable"); //订阅IMU使能服务inertial_unit_Srv.request.value = TIME_STEP;// 判断是否使能成功if (inertial_unit_Client.call(inertial_unit_Srv) && inertial_unit_Srv.response.success) {ROS_INFO("inertial_unit enabled.");// 获取话题数据inertial_unit_sub = n->subscribe("/robot/inertial_unit/roll_pitch_yaw", 1, inertial_unitCallback);ROS_INFO("Topic for inertial_unit initialized.");while (inertial_unit_sub.getNumPublishers() == 0) {}ROS_INFO("Topic for inertial_unit connected.");} else {if (!inertial_unit_Srv.response.success)ROS_ERROR("Failed to enable inertial_unit.");return 1;}//使能激光雷达ros::ServiceClient lidar_Client;          webots_ros::set_int lidar_Srv;            lidar_Client = n->serviceClient<webots_ros::set_int>("/robot/Sick_LMS_291/enable"); // 订阅lidar使能服务lidar_Srv.request.value = TIME_STEP;//判断是否使能成功if (lidar_Client.call(lidar_Srv) && lidar_Srv.response.success) {ROS_INFO("gps enabled.");} else {if (!lidar_Srv.response.success)ROS_ERROR("Failed to enable lidar.");return 1;}// 订阅webots中所有可用的model_nameros::Subscriber nameSub = n->subscribe("model_name", 100, controllerNameCallback);while (controllerCount == 0 || controllerCount < nameSub.getNumPublishers()) {ros::spinOnce();}ros::spinOnce();// 服务订阅time_step和webots保持同步timeStepClient = n->serviceClient<webots_ros::set_int>("robot/robot/time_step");timeStepSrv.request.value = TIME_STEP;// 如果在webots中有多个控制器的话，需要让用户选择一个控制器if (controllerCount == 1)controllerName = controllerList[0];else {int wantedController = 0;cout << "Choose the # of the controller you want to use:\n";cin >> wantedController;if (1 <= wantedController && wantedController <= controllerCount)controllerName = controllerList[wantedController - 1];else {ROS_ERROR("Invalid number for controller choice.");return 1;}}ROS_INFO("Using controller: '%s'", controllerName.c_str());// 退出主题，因为已经不重要了nameSub.shutdown();// main loopwhile (ros::ok()) {if (!timeStepClient.call(timeStepSrv) || !timeStepSrv.response.success) {ROS_ERROR("Failed to call service time_step for next step.");break;}ros::spinOnce();}timeStepSrv.request.value = 0;timeStepClient.call(timeStepSrv);ros::shutdown(); return 0;
}

将下面几行写进CMakelist.txt文件中以正常编译

find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS ) #在这行的括号内加入tf
catkin_package() #在这行的括号内加入tfadd_executable(broadcaster src/broadcaster.cpp)
add_dependencies(broadcaster webots_ros_generate_messages_cpp)
target_link_libraries(broadcaster   ${catkin_LIBRARIES})

在package.xml中需要添加如下信息

  <build_depend>tf</build_depend><build_export_depend>tf</build_export_depend><exec_depend>tf</exec_depend>

webots中最后一些小改动
1. 在Robot->children下添加gps及imu节点
2. 在Robot->controllerArgs添加以下字段
最后启动建图
参考链接: https://blog.csdn.net/xiaokai1999/article/details/113347110

//分别用三个终端运行以下代码
//1、启动webots
cd catkin_webots
catkin_make
source devel/setup.bash
roslaunch webots_ros demo.launch//2、启动broadcaster.cpp
cd catkin_webots
catkin_make
source devel/setup.bash
rosrun webots_ros demo//3、启动launch文件
cd catkin_cg
catkin_make_isolated --install --use-ninja
source install_isolated/setup.bash
roslaunch cartographer_ros demo.launch

结果
很遗憾的是，笔者按照网上教程一步步走来，到这最后一步却无法实现建图。
能成功打开rviz而且没有报错，唯一不对劲的就是遇到了一个warning

而且tf树上莫名其妙多出了一个空的圈

找了很久都没有找到解决的办法，甚至不知道主要问题出在哪里。
如果你解决了，请务必联系我，万分感谢。
————————————————————————————————————————————————————

未完待续…
参考链接: https://blog.csdn.net/xiaokai1999/article/details/112601720

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