ROS1云课→29如何借助导航实现走迷宫机器人

ROS1云课→28机器人代价地图配置

简述：
在这个项目中，将创建一个机器人，它将进入一个迷宫形式的房间，然后从另一个点离开房间。

详细：
在行业中，有些地方机器人可以收集加工过的物体并将这些物体放入仓库。所以这里在这个对象收集过程中，机器人需要进入机器加工区域，它应该从机器加工区域出来。机器人进入机器区域本质上类似于房间入口，机器人从机器区域出来也称为房间出口。
所以在这个项目中，将开发一个机器人应用程序，该应用程序应该在规定的入口位置进入房间，并通过测量距离来识别机器人进入路径和离开房间的物体/墙壁的距离与规定的出口地点。
为了寻找距离，通常使用激光雷达。通过将激光测距仪集成到机器人中，将能够找到物体或墙壁的距离。这里需要借助ROS导航算法在STDR模拟器上进出房间。

案例方法也适用于机器人寻宝等竞赛场景。

涉及知识点多且杂。需要熟练掌握1-28节全部内容。

全局路径规划知识点：

ROS1云课→20迷宫不惑之A*大法（一种虽古老但实用全局路径规划算法）

实际地图：

简化地图：

机器人：

参考文首链接。

迷宫算法从基础到仿真。

未改进版本视频：

maze_stdr_01

配置文件参考：

export TURTLEBOT_STDR_MAP_FILE=/home/shiyanlou/Code/demo_ws/src/turtlebot_stdr/maps/maze.yaml

image: maze.png
resolution: 0.1
origin: [0.0, 0.0, 0.0]
occupied_thresh: 0.6
free_thresh: 0.3
negate: 0

<!--Turtlebot navigation simulation:- stdr- move_base- amcl- map_server- rviz view-->
<launch><arg name="base"       default="$(optenv TURTLEBOT_BASE kobuki)"/>  <!-- create, rhoomba --><arg name="stacks"     default="$(optenv TURTLEBOT_STACKS hexagons)"/>  <!-- circles, hexagons --><arg name="3d_sensor"  default="$(optenv TURTLEBOT_3D_SENSOR kinect)"/>  <!-- kinect, asus_xtion_pro --><arg name="laser_topic" default="robot0/laser_0"/> <!-- default laser topic in stdr for 1 robot --><arg name="odom_topic" default="robot0/odom"/><arg name="odom_frame_id" default="map"/><arg name="base_frame_id" default="robot0"/><arg name="global_frame_id" default="world"/><!-- Name of the map to use (without path nor extension) and initial position --><arg name="map_file"       default="$(env TURTLEBOT_STDR_MAP_FILE)"/><arg name="initial_pose_x" default="0.5"/><arg name="initial_pose_y" default="15.5"/><arg name="initial_pose_a" default="0.0"/><arg name="min_obstacle_height" default="0.0"/><arg name="max_obstacle_height" default="5.0"/><!--  ******************** Stdr********************  --><include file="$(find stdr_robot)/launch/robot_manager.launch" /><!-- Run STDR server with a prefedined map--><node pkg="stdr_server" type="stdr_server_node" name="stdr_server" output="screen" args="$(arg map_file)"/><!--Spawn new robot at init position 2 2 0--><node pkg="stdr_robot" type="robot_handler" name="$(anon robot_spawn)" args="add $(find turtlebot_stdr)/robot/turtlebot.yaml $(arg initial_pose_x) $(arg initial_pose_y) 0"/><!-- Run Gui  --><include file="$(find stdr_gui)/launch/stdr_gui.launch"/><!-- Run the relay to remap topics --><include file="$(find turtlebot_stdr)/launch/includes/relays.launch.xml"/><!--  ***************** Robot Model *****************  --><include file="$(find turtlebot_bringup)/launch/includes/robot.launch.xml"><arg name="base" value="$(arg base)" /><arg name="stacks" value="$(arg stacks)" /><arg name="3d_sensor" value="$(arg 3d_sensor)" /></include><node name="joint_state_publisher" pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher"><param name="use_gui" value="true"/></node><!-- Command Velocity multiplexer --><node pkg="nodelet" type="nodelet" name="mobile_base_nodelet_manager" args="manager"/><node pkg="nodelet" type="nodelet" name="cmd_vel_mux" args="load yocs_cmd_vel_mux/CmdVelMuxNodelet mobile_base_nodelet_manager"><param name="yaml_cfg_file" value="$(find turtlebot_bringup)/param/mux.yaml"/><remap from="cmd_vel_mux/output" to="mobile_base/commands/velocity"/></node><!-- ****** Maps ***** --><node name="map_server" pkg="map_server" type="map_server" args="$(arg map_file)"><param name="frame_id" value="$(arg global_frame_id)"/></node><!--  ************** Navigation  ***************  --><include file="$(find turtlebot_navigation)/launch/includes/move_base.launch.xml"><arg name="odom_topic" value="$(arg odom_topic)"/><arg name="laser_topic" value="$(arg laser_topic)"/><arg name="odom_frame_id"   value="$(arg odom_frame_id)"/><arg name="base_frame_id"   value="$(arg base_frame_id)"/><arg name="global_frame_id" value="$(arg global_frame_id)"/></include><!-- ***************** Manually setting some parameters ************************* --><param name="move_base/local_costmap/obstacle_layer/scan/min_obstacle_height" value="$(arg min_obstacle_height)"/><param name="move_base/local_costmap/obstacle_layer/scan/max_obstacle_height" value="$(arg max_obstacle_height)"/><param name="move_base/global_costmap/obstacle_layer/scan/min_obstacle_height" value="$(arg min_obstacle_height)"/><param name="move_base/global_costmap/obstacle_layer/scan/max_obstacle_height" value="$(arg max_obstacle_height)"/><!--  ************** AMCL ************** --><include file="$(find turtlebot_navigation)/launch/includes/amcl/amcl.launch.xml"><arg name="scan_topic" value="$(arg laser_topic)"/><arg name="use_map_topic" value="true"/><arg name="odom_frame_id" value="$(arg odom_frame_id)"/><arg name="base_frame_id" value="$(arg base_frame_id)"/><arg name="global_frame_id" value="$(arg global_frame_id)"/><arg name="initial_pose_x" value="$(arg initial_pose_x)"/><arg name="initial_pose_y" value="$(arg initial_pose_y)"/><arg name="initial_pose_a" value="$(arg initial_pose_a)"/></include><!-- ********** Small tf tree connector between robot0 and base_footprint********* --><node name="tf_connector" pkg="turtlebot_stdr" type="tf_connector.py" output="screen"/><!--  **************** Visualisation ****************  --><node name="rviz" pkg="rviz" type="rviz" args="-d $(find turtlebot_stdr)/rviz/robot_navigation.rviz"/></launch>

shiyanlou:~/ $ history                                               [22:37:23]1  gedit init.sh2  chmod +x init.sh3  ./init.sh4  git clone https://gitcode.net/ZhangRelay/ros_book.git5  cd ros_book6  unzip turtlebot_simulator-melodic.zip7  sudo apt install ros-kinetic-turtlebot-simulator8  catkin_make9  source devel/setup.zsh10  export TURTLEBOT_STDR_MAP_FILE=/home/shiyanlou/Code/demo_ws/src/turtlebot_stdr/maps/maze.yaml11  roslaunch turtlebot_stdr turtlebot_in_stdr.launch 12  source devel/setup.zsh13  roslaunch turtlebot_stdr turtlebot_in_stdr.launch 14  export TURTLEBOT_STDR_MAP_FILE=/home/shiyanlou/Code/demo_ws/src/turtlebot_stdr/maps/hospital_section.yaml15  export TURTLEBOT_STDR_MAP_FILE=/home/shiyanlou/Code/demo_ws/src/turtlebot_stdr/maps/hospital_section.yaml16  roslaunch turtlebot_stdr turtlebot_in_stdr.launch17  export TURTLEBOT_STDR_MAP_FILE=/home/shiyanlou/Code/demo_ws/src/turtlebot_stdr/maps/maze.yaml18  roslaunch turtlebot_stdr turtlebot_in_stdr.launch

// Simple Maze Generator in C++ by Jakub Debski '2006 #include <time.h>
#include <vector>
#include <list>
using namespace std;int main()
{ srand(time(0)); const int maze_size_x=80; const int maze_size_y=25; vector < vector < bool > > maze; list < pair < int, int> > drillers; maze.resize(maze_size_y); for (size_t y=0;y<maze_size_y;y++) maze[y].resize(maze_size_x); for (size_t x=0;x<maze_size_x;x++) for (size_t y=0;y<maze_size_y;y++) maze[y][x]=false; drillers.push_back(make_pair(maze_size_x/2,maze_size_y/2)); while(drillers.size()>0) { list < pair < int, int> >::iterator m,_m,temp; m=drillers.begin(); _m=drillers.end(); while (m!=_m) { bool remove_driller=false; switch(rand()%4) { case 0: (*m).second-=2; if ((*m).second<0 || maze[(*m).second][(*m).first]) { remove_driller=true; break; } maze[(*m).second+1][(*m).first]=true; break; case 1: (*m).second+=2; if ((*m).second>=maze_size_y || maze[(*m).second][(*m).first]) { remove_driller=true; break; } maze[(*m).second-1][(*m).first]=true; break; case 2: (*m).first-=2; if ((*m).first<0 || maze[(*m).second][(*m).first]) { remove_driller=true; break; } maze[(*m).second][(*m).first+1]=true; break; case 3: (*m).first+=2; if ((*m).first>=maze_size_x || maze[(*m).second][(*m).first]) { remove_driller=true; break; } maze[(*m).second][(*m).first-1]=true; break; } if (remove_driller) m = drillers.erase(m); else { drillers.push_back(make_pair((*m).first,(*m).second)); // uncomment the line below to make the maze easier // if (rand()%2) drillers.push_back(make_pair((*m).first,(*m).second)); maze[(*m).second][(*m).first]=true; ++m; } } } // Done for (size_t y=0;y<maze_size_y;y++) for (size_t x=0;x<maze_size_x;x++) { if (maze[y][x]==true) printf("."); else printf("#"); } return 0;
}

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路径规划研究的起源（如下为引用）

问题简介
18世纪初普鲁士的哥尼斯堡，有一条河穿过，河上有两个小岛，有七座桥把两个岛与河岸联系起来（如概述图）。有个人提出一个问题：一个步行者怎样才能不重复、不遗漏地一次走完七座桥，最后回到出发点。后来大数学家欧拉把它转化成一个几何问题——一笔画问题。他不仅解决了此问题，且给出了连通图可以一笔画的充要条件是：奇点的数目不是0个就是2个（连到一点的数目如果是奇数条，就称为奇点；如果是偶数条，就称为偶点。要想一笔画成，必须中间点均是偶点，也就是有来路必有另一条去路，奇点只可能在两端。因此任何图能一笔画成，奇点要么没有，要么在两端）。
推断方法
当欧拉在1736年访问普鲁士的哥尼斯堡（现俄罗斯加里宁格勒）时，他发现当地的市民正从事一项非常有趣的消遣活动。哥尼斯堡城中有一条名叫Pregel的河流横经其中，这项有趣的消遣活动是在星期六作一次走过所有七座桥的散步，每座桥只能经过一次而且起点与终点必须是同一地点。
欧拉把每一块陆地考虑成一个点，连接两块陆地的桥以线表示。
后来推论出此种走法是不可能的。他的论点是这样的，除了起点以外，每一次当一个人由一座桥进入一块陆地（或点）时，他（或她）同时也由另一座桥离开此点。所以每行经一点时，计算两座桥（或线），从起点离开的线与最后回到始点的线亦计算两座桥，因此每一个陆地与其他陆地连接的桥数必为偶数。
存在问题
著名数学家欧拉的画像
著名数学家欧拉的画像
七桥所成之图形中，没有一点含有偶数条数，因此上述的任务无法完成。
欧拉的这个考虑非常重要，也非常巧妙，它正表明了数学家处理实际问题的独特之处——把一个实际问题抽象成合适的“数学模型”。这种研究方法就是“数学模型方法”。这并不需要运用多么深奥的理论，但想到这一点，却是解决难题的关键。
接下来，欧拉运用图中的一笔画定理为判断准则，很快地就判断出要一次不重复走遍哥尼斯堡的7座桥是不可能的。也就是说，多少年来，人们费脑费力寻找的那种不重复的路线，根本就不存在。一个曾难住了那么多人的问题，竟是这么一个出人意料的答案！

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