ROS中發(fā)布激光掃描消息

激光雷達(dá)工作時(shí)會(huì)先在當(dāng)前位置發(fā)出激光并接收反射光束，解析得到距離信息，而后激光發(fā)射器會(huì)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度分辨率對(duì)應(yīng)的角度再次重復(fù)這個(gè)過(guò)程。

限于物理及機(jī)械方面的限制，激光雷達(dá)通常會(huì)有一部分“盲區(qū)”。使用激光雷達(dá)返回的數(shù)據(jù)通?？梢悦枥L出一幅極坐標(biāo)圖，極點(diǎn)位于雷達(dá)掃描中心，0-360°整周圓由掃描區(qū)域及盲區(qū)組成。

在掃描區(qū)域中激光雷達(dá)在每個(gè)角度分辨率對(duì)應(yīng)位置解析出的距離值會(huì)被依次連接起來(lái)，這樣，通過(guò)極坐標(biāo)表示就能非常直觀地看到周?chē)矬w的輪廓，激光雷達(dá)掃描范圍示意圖可以參見(jiàn)下圖。

激光雷達(dá)通常有四個(gè)性能衡量指標(biāo)：測(cè)距分辨率、掃描頻率（有時(shí)也用掃描周期）、角度分辨率及可視范圍。

測(cè)距分辨率衡量在一個(gè)給定的距離下測(cè)距的精確程度，通常與距離真實(shí)值相差在5-20mm；掃描頻率衡量激光雷達(dá)完成一次完整掃描的快慢，通常在10Hz及以上；

角度分辨率直接決定激光雷達(dá)一次完整掃描能返回多少個(gè)樣本點(diǎn)；可視范圍指激光雷達(dá)完整掃描的廣角，可視范圍之外即為盲區(qū)。

目前，移動(dòng)機(jī)器人的研究中已經(jīng)大量使用激光雷達(dá)輔助機(jī)器人的避障導(dǎo)航。通常激光雷達(dá)會(huì)提供ROS驅(qū)動(dòng)，如果沒(méi)有的話我們也可以自己采集激光數(shù)據(jù)后按照ROS中定義的消息格式將信息發(fā)布出去。

首先，輸入下面的指令查看LaserScan消息結(jié)構(gòu)：

rosmsg show sensor_msgs/LaserScan

LaserScan消息結(jié)構(gòu)如下：

std_msgs/Header header     
uint32 seq
time stamp      
string frame_id  
# in frame frame_id, angles are measured around 
the positive Z axis (counterclockwise, if Z is up)             
# with zero angle being forward along the x axis                   
float32 angle_min    
# start angle of the scan [rad]float32 angle_max    
# end angle of the scan [rad]float32 angle_increment # angular distance between measurements [rad]
float32 time_increment  
# time between measurements [seconds] - if your scanner             
# is moving, this will be used in interpolating position             
# of 3d pointsfloat32 scan_time    
# time between scans [seconds]
float32 range_min    
# minimum range value [m]float32 range_max    
# maximum range value [m]
float32[] ranges     
# range data [m] (Note: values < range_min or > range_max should be discarded)float32[] intensities  
# intensity data [device-specific units]. If your device does not provide intensities, please leave the array empty.

以下圖為例，該激光雷達(dá)掃描范圍為270°，角度分辨率為0.25°，掃描距離為0~20m，每掃描一圈會(huì)得到1081個(gè)點(diǎn)：

那么該激光雷達(dá)發(fā)布的LaserScan消息內(nèi)容如下:

angle_min= -135 * (pi/180);    
//angle correspond to FIRST beam in scan ( in rad)angle_max= 135 * (pi/180);    
//angle correspond to LAST beam in scan ( in rad)angle_increment =0.25 * (pi/180); 
// Angular resolution i.e angle between 2 beams
// lets assume sensor gives 50 scans per second. i.e every 20 milli seconds 1 scan with 1081 beams.
// Each beam is measured in (20 ms/ 1081 ) ~ = 0.0185 mstime_increment = (1 / 50) / (1081); 
scan_time = ;  
// scan is collected at which timerange_min =0 ;  
// in metersrange_max = 20; 
// scan can measure upto this range// ranges is array of 1081 floats for each laser beamranges[0] =   
//distance measure corresponds to angle -135 degranges[1] =   
//distance measure corresponds to angle -134.75 deg  
.  
.  
.ranges[1080] =  
//distance measure corresponds to angle +135 deg
// To understand Intensities // if a laser beam hits reflective surface like glass it will have intensity 1. 
// And if beam hit some surface which absorbs laser , then intensity is zero. 
// Middle values are different surfaces in between.

下面的代碼模擬了激光雷達(dá)的數(shù)據(jù)，并將sensor_msgs/LaserScan消息發(fā)布到/scan話題上：

#include #include 
int main(int argc, char** argv){  
ros::init(argc, argv, "laser_scan_publisher");  
ros::NodeHandle n;
  ros::Publisher scan_pub = n.advertise("scan", 50);
  unsigned int num_readings = 100;  
double laser_frequency = 40;  
double ranges[num_readings];  
double intensities[num_readings];  
int count = 0;
  ros::Rate r(1.0);
  while(n.ok())  
{    
//generate some fake data for our laser scan    
for(unsigned int i = 0; i < num_readings; ++i)    
{      
ranges[i] = count;      
intensities[i] = 100 + count;    
}    
ros::Time scan_time = ros::now();
    //populate the LaserScan message    
sensor_msgs::LaserScan scan;    
scan.header.stamp = scan_time;    
scan.header.frame_id = "base_link";    
scan.angle_min = -1.57;    
scan.angle_max = 1.57;    
scan.angle_increment = 3.14 / num_readings;    
scan.time_increment = (1 / laser_frequency) / (num_readings);    
scan.range_min = 0.0;    
scan.range_max = 100.0;    
scan.ranges.resize(num_readings);    
scan.intensities.resize(num_readings);    
for(unsigned int i = 0; i < num_readings; ++i)    
{      
scan.ranges[i] = ranges[i];      
scan.intensities[i] = intensities[i];    
}
    
scan_pub.publish(scan);
    ++count;    
r.sleep();  
}}

可以在rviz中將激光數(shù)據(jù)點(diǎn)顯示出來(lái)：Fixed Frame修改為base_link，添加LaserScan并將Topic設(shè)為/scan

如果Fixed Frame為map，為了能正確顯示出激光掃描點(diǎn)來(lái)，需要發(fā)布map和base_link之間的坐標(biāo)變換關(guān)系（因?yàn)槲覀兊募す鈹?shù)據(jù)是相對(duì)于base_link坐標(biāo)系描述的）。

如果這兩個(gè)參考系不發(fā)生相對(duì)位置變化，那么可以用static_transform_publisher工具發(fā)布兩個(gè)參考系之間的靜態(tài)坐標(biāo)變換。

命令的格式如下：

static_transform_publisher x y z yaw pitch roll frame_id child_frame_id period_in_msstatic_transform_publisher x y z qx qy qz qw frame_id  child_frame_id period_in_ms

以上兩種命令格式，需要設(shè)置坐標(biāo)的偏移和旋轉(zhuǎn)參數(shù)，偏移參數(shù)都使用相對(duì)于x、y、z三軸的坐標(biāo)位移。旋轉(zhuǎn)參數(shù)第一種命令格式使用以弧度為單位的 yaw/pitch/roll三個(gè)角度，第二種命令格式使用四元數(shù)表達(dá)旋轉(zhuǎn)角度。發(fā)布頻率以ms為單位，一般100ms比較合適。

static_transform_publisheris designed both as a command-line tool for manual use, as well as for use withinroslaunchfiles for setting static transforms. For example:

"tf" type="static_transform_publisher" 
name="link1_broadcaster" 
args="1 0 0 0 0 0 1 link1_parent link1 100" />

ROS中使用激光雷達(dá)(鐳神智能)

LS01C是深圳市鐳神智能系統(tǒng)有限公司研發(fā)的激光三角測(cè)距系統(tǒng) 。

在機(jī)械旋轉(zhuǎn)模塊的帶動(dòng)下，LS01C 的高頻核心測(cè)距模塊將進(jìn)行順時(shí)鐘旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)周?chē)h(huán)境進(jìn)行360°掃描測(cè)距。LS01C通過(guò)uart 串口信號(hào)與外部系統(tǒng)通訊，默認(rèn)每秒采樣3600點(diǎn)、掃描頻率10hz，最大掃描距離6m，角度分辨率為1度。

將LS01C的ROS驅(qū)動(dòng)文件（官網(wǎng)上沒(méi)有下載連接，直接打電話給客服要的）解壓重命名為talker后復(fù)制到catkin_ws/src下面，然后使用catkin_make進(jìn)行編譯

插入USB后在終端中輸入以下命令查看USB轉(zhuǎn)串口設(shè)備：

在發(fā)現(xiàn)ttyUSB0后在終端中輸入下面命令給USB 轉(zhuǎn)串口設(shè)置權(quán)限：

sudo chmod 666 /dev/ttyUSB0

修改launch文件中的串口名，改為我們插入的ttyUSB0

  "talker" pkg="talker" type="talker">    
"scan_topic" value="scan"/>          "laser_link" value="laser_link"/>       
"serial_port" value="/dev/ttyUSB0"/>   

然后執(zhí)行l(wèi)aunch文件

roslaunch talker talker.launch

在終端中可以看到talker節(jié)點(diǎn)已經(jīng)開(kāi)啟：

打開(kāi)rviz，添加LaserScan并設(shè)置topic和參考坐標(biāo)系，可以動(dòng)態(tài)的顯示激光掃描點(diǎn)：

還可以通過(guò) rostopic hz命令查看激光數(shù)據(jù)發(fā)布頻率，可以看出其頻率為10Hz

審核編輯 ：李倩