Loading... # Ubuntu Noetic Cartographer_ros部署指南 在移动机器人和自动驾驶等领域,**Cartographer** 是一款由 Google 开发的开源实时同时定位与地图构建(SLAM)系统。结合 **ROS(Robot Operating System)** 的强大生态系统,**cartographer_ros** 为机器人提供了高效、精确的定位与地图构建能力。本文将详细介绍如何在 **Ubuntu Noetic** 环境下部署 **cartographer_ros**,涵盖从环境准备、依赖安装、源码编译到配置与测试的全过程,确保读者能够顺利完成部署并应用于实际项目中。 ## 目录 1. [前言](#前言) 2. [环境准备](#环境准备) - [系统要求](#系统要求) - [更新系统](#更新系统) 3. [安装ROS Noetic](#安装ros-noetic) - [设置ROS源](#设置ros源) - [安装ROS Noetic桌面版](#安装ros-noetic桌面版) - [初始化rosdep](#初始化rosdep) - [环境设置](#环境设置) - [安装ROS依赖包](#安装ros依赖包) 4. [安装Cartographer_ros](#安装cartographer_ros) - [安装依赖库](#安装依赖库) - [克隆cartographer_ros源码](#克隆cartographer_ros源码) - [编译cartographer_ros](#编译cartographer_ros) - [安装protobuf](#安装protobuf) 5. [配置Cartographer_ros](#配置cartographer_ros) - [创建工作空间](#创建工作空间) - [配置参数文件](#配置参数文件) - [配置Launch文件](#配置launch文件) 6. [测试Cartographer_ros](#测试cartographer_ros) - [启动ROS核心](#启动ros核心) - [启动Cartographer节点](#启动cartographer节点) - [可视化SLAM过程](#可视化slam过程) 7. [常见问题及解决方案](#常见问题及解决方案) - [问题一:编译错误](#问题一编译错误) - [问题二:Protobuf版本不兼容](#问题二protobuf版本不兼容) - [问题三:地图生成不准确](#问题三地图生成不准确) - [问题四:Cartographer节点无法启动](#问题四cartographer节点无法启动) 8. [最佳实践与优化建议](#最佳实践与优化建议) - [定期更新系统和依赖](#定期更新系统和依赖) - [优化参数配置](#优化参数配置) - [资源管理](#资源管理) - [安全性配置](#安全性配置) 9. [分析说明表](#分析说明表) 10. [总结](#总结) --- ## 前言 **Cartographer_ros** 作为 ROS 的一部分,为机器人提供了强大的SLAM功能,能够实时构建高精度的环境地图并实现自主定位。**Ubuntu Noetic** 作为ROS Noetic的官方支持版本,提供了稳定的环境和丰富的软件包,使得部署和运行Cartographer_ros变得更加便捷。本文旨在为读者提供一份详尽的部署指南,帮助从初学者到有经验的开发者顺利完成部署过程。 ## 环境准备 ### 系统要求 - **操作系统**:Ubuntu 20.04 LTS - **ROS版本**:ROS Noetic - **硬件要求**: - **CPU**:双核处理器或更高 - **内存**:至少8GB RAM - **存储**:至少20GB的可用空间,推荐使用SSD以提升读写速度 - **传感器**:如激光雷达(LiDAR),用于地图构建 ### 更新系统 在开始安装之前,确保系统软件包是最新的,以避免兼容性问题。 ```bash sudo apt update sudo apt upgrade -y ``` **解释**: - `sudo apt update`:更新本地包索引,获取最新的软件包信息。 - `sudo apt upgrade -y`:升级所有已安装的软件包到最新版本,`-y` 表示自动确认升级。 **重要事项**:**在进行系统升级前,建议备份重要数据,以防止意外情况发生。** ## 安装ROS Noetic ### 设置ROS源 首先,设置ROS的APT仓库,以便从中安装ROS Noetic。 ```bash sudo sh -c 'echo "deb http://packages.ros.org/ros/ubuntu $(lsb_release -sc) main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list' ``` **解释**: - 该命令将ROS的APT仓库地址添加到系统的源列表中,`$(lsb_release -sc)` 会自动替换为当前Ubuntu版本代号(如focal)。 ### 安装ROS Noetic桌面版 更新包索引并安装ROS Noetic桌面版。 ```bash sudo apt update sudo apt install -y ros-noetic-desktop-full ``` **解释**: - `sudo apt install -y ros-noetic-desktop-full`:安装ROS Noetic的桌面完整版,包括RViz、Gazebo等常用工具。 ### 初始化rosdep `rosdep` 用于安装ROS包的系统依赖。 ```bash sudo rosdep init rosdep update ``` **解释**: - `sudo rosdep init`:初始化rosdep。 - `rosdep update`:更新rosdep数据库,确保可以正确解析依赖关系。 ### 环境设置 每次打开新的终端时,自动加载ROS环境变量。 ```bash echo "source /opt/ros/noetic/setup.bash" >> ~/.bashrc source ~/.bashrc ``` **解释**: - `echo "source /opt/ros/noetic/setup.bash" >> ~/.bashrc`:将ROS环境配置添加到bash配置文件中。 - `source ~/.bashrc`:立即加载配置文件,使环境变量生效。 ### 安装ROS依赖包 安装常用的ROS依赖工具,如 `rosinstall`、`build-essential`等。 ```bash sudo apt install -y python3-rosinstall python3-rosinstall-generator python3-wstool build-essential ``` **解释**: - `python3-rosinstall`、`python3-rosinstall-generator`、`python3-wstool`:ROS的包管理工具,用于下载和管理ROS工作空间。 - `build-essential`:包含编译工具,如gcc、make等。 ## 安装Cartographer_ros ### 安装依赖库 在安装Cartographer_ros之前,需要安装一些必要的依赖库。 ```bash sudo apt install -y libprotobuf-dev protobuf-compiler libprotoc-dev libpoco-dev libeigen3-dev liblua5.3-dev libboost-all-dev libceres-dev ``` **解释**: - `libprotobuf-dev`、`protobuf-compiler`、`libprotoc-dev`:Protobuf库,用于数据序列化。 - `libpoco-dev`:Poco C++ Libraries,用于网络和其他功能。 - `libeigen3-dev`:Eigen库,用于线性代数计算。 - `liblua5.3-dev`:Lua库,用于脚本支持。 - `libboost-all-dev`:Boost库,提供多种C++库支持。 - `libceres-dev`:Ceres Solver,用于非线性最小二乘问题求解。 ### 克隆cartographer_ros源码 创建一个工作空间并克隆Cartographer_ros的源码。 ```bash mkdir -p ~/cartographer_ws/src cd ~/cartographer_ws/src git clone https://github.com/cartographer-project/cartographer_ros.git ``` **解释**: - `mkdir -p ~/cartographer_ws/src`:创建名为 `cartographer_ws`的工作空间及其源代码目录。 - `git clone https://github.com/cartographer-project/cartographer_ros.git`:克隆Cartographer_ros的GitHub仓库到工作空间的 `src`目录中。 ### 编译cartographer_ros 在工作空间中使用 `catkin_make`编译Cartographer_ros。 ```bash cd ~/cartographer_ws catkin_make_isolated --install --use-ninja ``` **解释**: - `catkin_make_isolated`:独立编译工作空间中的每个包,避免依赖冲突。 - `--install`:将编译后的包安装到指定目录。 - `--use-ninja`:使用Ninja作为构建系统,提升编译速度。 **重要事项**:**编译过程可能需要较长时间,具体取决于系统性能和网络速度。** ### 安装protobuf 确保Protobuf版本与Cartographer_ros兼容,推荐使用3.6.x版本。 ```bash sudo apt install -y protobuf-compiler ``` **解释**: - `protobuf-compiler`:安装Protobuf编译器,确保能够正确编译Protobuf文件。 ## 配置Cartographer_ros ### 创建工作空间 设置并初始化ROS工作空间,以便集成Cartographer_ros。 ```bash mkdir -p ~/cartographer_ws/src cd ~/cartographer_ws/src catkin_init_workspace cd .. catkin_make ``` **解释**: - `catkin_init_workspace`:初始化Catkin工作空间。 - `catkin_make`:编译工作空间中的包,生成必要的构建文件。 ### 配置参数文件 创建和编辑Cartographer的配置文件,定义SLAM的参数和传感器信息。 ```bash mkdir -p ~/cartographer_ws/src/my_robot/config nano ~/cartographer_ws/src/my_robot/config/cartographer_config.lua ``` **示例配置**(`cartographer_config.lua`): ```lua include "map_builder.lua" include "trajectory_builder.lua" options = { map_builder = MAP_BUILDER, trajectory_builder = TRAJECTORY_BUILDER, map_frame = "map", tracking_frame = "base_link", published_frame = "base_link", odom_frame = "odom", provide_odom_frame = true, publish_frame_projected_to_2d = false, use_pose_extrapolator = 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 = 0.2, submap_publish_period_sec = 0.3, pose_publish_period_sec = 5e-3, trajectory_publish_period_sec = 30e-3, } MAP_BUILDER.use_trajectory_builder_2d = true TRAJECTORY_BUILDER_2D.num_accumulated_range_data = 160 return options ``` **解释**: - `map_frame`、`tracking_frame`、`published_frame`、`odom_frame`:定义坐标帧,确保与机器人的TF树一致。 - `use_odometry`:启用里程计数据,提升定位精度。 - `num_laser_scans`:定义激光扫描仪数量。 - `trajectory_publish_period_sec`:发布轨迹的时间间隔,控制数据更新频率。 ### 配置Launch文件 创建并编辑ROS Launch文件,启动Cartographer_ros节点。 ```bash mkdir -p ~/cartographer_ws/src/my_robot/launch nano ~/cartographer_ws/src/my_robot/launch/cartographer.launch ``` **示例配置**(`cartographer.launch`): ```xml <launch> <!-- 启动Cartographer节点 --> <node name="cartographer_node" pkg="cartographer_ros" type="cartographer_node" args="-configuration_directory $(find my_robot)/config -configuration_basename cartographer_config.lua" output="screen"> </node> <!-- 启动Cartographer的资源服务器 --> <node name="cartographer_occupancy_grid_node" pkg="cartographer_ros" type="cartographer_occupancy_grid_node" args="-resolution 0.05 -publish_period_sec 1.0" output="screen"> </node> </launch> ``` **解释**: - `cartographer_node`:启动Cartographer的主节点,加载配置文件。 - `cartographer_occupancy_grid_node`:生成并发布占用栅格地图,便于可视化SLAM结果。 ## 测试Cartographer_ros ### 启动ROS核心 在新的终端中启动ROS核心,管理ROS通信。 ```bash roscore ``` **解释**: - `roscore`:启动ROS主节点,包括ROS Master和参数服务器,管理ROS网络通信。 ### 启动Cartographer节点 在另一个终端中,启动Cartographer_ros节点。 ```bash roslaunch my_robot cartographer.launch ``` **解释**: - `roslaunch my_robot cartographer.launch`:使用ROS Launch工具启动Cartographer_ros节点和相关配置。 ### 可视化SLAM过程 使用RViz进行SLAM过程的可视化,实时查看地图构建和机器人定位。 ```bash rosrun rviz rviz ``` **解释**: - `rosrun rviz rviz`:启动RViz,可视化ROS消息和TF树,监控SLAM过程。 **操作步骤**: 1. 在RViz中添加“Map”显示类型,订阅 `/map`话题。 2. 添加“RobotModel”显示类型,展示机器人的URDF模型。 3. 添加“LaserScan”显示类型,订阅激光扫描话题(如 `/scan`)。 **重要事项**:**确保所有传感器数据正确发布,并与配置文件中的参数一致,以实现准确的SLAM可视化。** ## 常见问题及解决方案 ### 问题一:编译错误 **现象**:在编译Cartographer_ros过程中,出现错误提示,导致编译失败。 **解决方案**: 1. **检查依赖库是否安装完整**: 确保所有必要的依赖库已正确安装。 ```bash sudo apt install -y libprotobuf-dev protobuf-compiler libprotoc-dev libpoco-dev libeigen3-dev liblua5.3-dev libboost-all-dev libceres-dev ``` 2. **更新并重新编译工作空间**: 清理旧的编译文件,重新编译。 ```bash cd ~/cartographer_ws catkin_make_isolated --install --use-ninja ``` 3. **检查源码的兼容性**: 确保所克隆的Cartographer_ros源码与ROS Noetic和Ubuntu 20.04兼容。 ```bash git checkout noetic-devel ``` **重要事项**:**详细阅读错误日志,定位具体的编译问题,针对性解决依赖或源码问题。** ### 问题二:Protobuf版本不兼容 **现象**:在运行Cartographer_ros时,提示Protobuf版本不兼容,导致数据解析失败。 **解决方案**: 1. **检查Protobuf版本**: 确保安装的Protobuf版本符合Cartographer_ros的要求,建议使用3.6.x版本。 ```bash protoc --version ``` 2. **重新安装兼容版本的Protobuf**: 如果版本不兼容,卸载当前Protobuf并安装推荐版本。 ```bash sudo apt remove -y protobuf-compiler libprotobuf-dev sudo apt install -y protobuf-compiler=3.6.1-1ubuntu1 libprotobuf-dev=3.6.1-1ubuntu1 ``` **解释**: - 确保Protobuf编译器和库版本与Cartographer_ros兼容,避免数据解析错误。 ### 问题三:地图生成不准确 **现象**:SLAM过程中生成的地图存在扭曲、缺失或不准确的地方。 **解决方案**: 1. **校准传感器**: 确保激光雷达(LiDAR)等传感器已正确校准,减少测量误差。 2. **优化参数配置**: 调整 `cartographer_config.lua`中的参数,如激光数据累积次数、地图分辨率等,以适应实际环境。 ```lua TRAJECTORY_BUILDER_2D.num_accumulated_range_data = 100 MAP_BUILDER.num_background_threads = 4 ``` 3. **检查TF树**: 确认机器人各部件之间的坐标转换关系(TF树)正确无误,避免定位偏差。 ```bash rosrun tf view_frames evince frames.pdf ``` **重要事项**:**准确的传感器校准和合理的参数配置是确保地图生成准确性的关键。** ### 问题四:Cartographer节点无法启动 **现象**:启动Cartographer节点时,节点崩溃或无法正常运行。 **解决方案**: 1. **检查配置文件**: 确认 `cartographer_config.lua`和Launch文件配置正确,无语法错误。 ```bash nano ~/cartographer_ws/src/my_robot/config/cartographer_config.lua nano ~/cartographer_ws/src/my_robot/launch/cartographer.launch ``` 2. **查看节点日志**: 通过ROS日志查看详细的错误信息,定位问题根源。 ```bash roscd log tail -f latest/rosout.log ``` 3. **确保依赖包已正确安装**: 检查所有Cartographer_ros依赖包是否已正确安装并编译。 ```bash rosdep install --from-paths src --ignore-src --rosdistro noetic -y ``` **重要事项**:**详细分析日志信息,逐步排查配置和依赖问题,确保节点能够正确启动。** ## 最佳实践与优化建议 ### 定期更新系统和依赖 保持Ubuntu和ROS系统的最新状态,及时应用安全补丁和功能更新,确保系统稳定性和安全性。 ```bash sudo apt update sudo apt upgrade -y ``` **解释**: - 定期更新系统软件包,获取最新的功能和安全修复。 ### 优化参数配置 根据具体应用场景和环境条件,调整Cartographer_ros的参数,提升SLAM性能和地图质量。 ```lua TRAJECTORY_BUILDER_2D.use_online_correlative_scan_matching = true TRAJECTORY_BUILDER_2D.min_range = 0.3 TRAJECTORY_BUILDER_2D.max_range = 30.0 ``` **解释**: - `use_online_correlative_scan_matching`:启用在线相关扫描匹配,提高定位精度。 - `min_range`、`max_range`:设置激光雷达的最小和最大检测范围,过滤无效数据。 ### 资源管理 确保系统具备足够的资源,避免SLAM过程中的资源瓶颈。 - **内存管理**:监控内存使用情况,避免内存不足导致的性能下降。 - **CPU负载**:合理分配CPU资源,确保Cartographer_ros运行流畅。 ```bash htop ``` **解释**: - `htop`:实时监控系统资源使用情况,帮助识别性能瓶颈。 ### 安全性配置 确保系统的安全性,防止未经授权的访问和数据泄露。 1. **限制ROS网络访问**: 配置防火墙规则,限制ROS节点的网络访问权限。 ```bash sudo ufw allow from 192.168.1.0/24 to any port 11311 sudo ufw enable ``` **解释**: - `sudo ufw allow from 192.168.1.0/24 to any port 11311`:仅允许本地网络访问ROS Master端口。 - `sudo ufw enable`:启用防火墙,应用规则。 2. **使用SSH密钥认证**: 配置SSH密钥认证,提升远程访问的安全性。 ```bash ssh-keygen -t rsa -b 4096 ssh-copy-id user@remote_host ``` **解释**: - `ssh-keygen -t rsa -b 4096`:生成SSH密钥对。 - `ssh-copy-id user@remote_host`:将公钥复制到远程主机,实现无密码登录。 **重要事项**:**定期检查系统安全配置,及时修复潜在的安全漏洞,确保ROS系统的安全运行。** ## 分析说明表 以下表格总结了Ubuntu Noetic下部署cartographer_ros的关键步骤、使用的工具或命令及其作用,帮助快速查阅和理解整个部署流程。 | **步骤** | **工具/命令** | **描述** | **作用** | | ---------------------------------- | ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- | ---------------------------------------- | ---------------------------------------------------- | | **系统更新** | `sudo apt update`<br>`sudo apt upgrade -y` | 更新系统软件包 | 确保系统和软件包为最新版本,避免兼容性问题 | | **设置ROS源** | `sudo sh -c 'echo "deb http://packages.ros.org/ros/ubuntu $(lsb_release -sc) main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'` | 添加ROS的APT仓库源 | 获取ROS Noetic的软件包 | | **安装ROS Noetic桌面版** | `sudo apt install -y ros-noetic-desktop-full` | 安装ROS Noetic桌面完整版 | 提供ROS核心功能和常用工具 | | **初始化rosdep** | `sudo rosdep init`<br>`rosdep update` | 初始化并更新rosdep | 管理ROS包的系统依赖 | | **环境设置** | `echo "source /opt/ros/noetic/setup.bash" >> ~/.bashrc`<br>`source ~/.bashrc` | 配置ROS环境变量 | 自动加载ROS环境,方便使用ROS命令 | | **安装ROS依赖包** | `sudo apt install -y python3-rosinstall python3-rosinstall-generator python3-wstool build-essential` | 安装ROS包管理工具和编译工具 | 支持ROS工作空间的管理和包的编译 | | **安装依赖库** | `sudo apt install -y libprotobuf-dev protobuf-compiler libprotoc-dev libpoco-dev libeigen3-dev liblua5.3-dev libboost-all-dev libceres-dev` | 安装Cartographer_ros所需的依赖库 | 提供必要的库支持,确保Cartographer_ros正常编译和运行 | | **克隆cartographer_ros源码** | `git clone https://github.com/cartographer-project/cartographer_ros.git` | 克隆Cartographer_ros的源码 | 获取最新的Cartographer_ros源码 | | **编译cartographer_ros** | `catkin_make_isolated --install --use-ninja` | 编译并安装Cartographer_ros | 构建Cartographer_ros并安装到指定目录 | | **安装protobuf** | `sudo apt install -y protobuf-compiler` | 安装Protobuf编译器 | 确保数据序列化和反序列化功能正常 | | **创建工作空间** | `mkdir -p ~/cartographer_ws/src`<br>`catkin_init_workspace`<br>`catkin_make` | 初始化ROS工作空间 | 设置和编译ROS工作空间 | | **配置参数文件** | `nano ~/cartographer_ws/src/my_robot/config/cartographer_config.lua` | 创建并编辑Cartographer的配置文件 | 定义SLAM参数和传感器信息 | | **配置Launch文件** | `nano ~/cartographer_ws/src/my_robot/launch/cartographer.launch` | 创建并编辑Launch文件 | 启动Cartographer_ros节点和相关配置 | | **启动ROS核心** | `roscore` | 启动ROS核心 | 管理ROS通信 | | **启动Cartographer节点** | `roslaunch my_robot cartographer.launch` | 启动Cartographer_ros节点 | 开始SLAM过程 | | **可视化SLAM过程** | `rosrun rviz rviz` | 启动RViz进行可视化 | 实时查看地图构建和机器人定位 | | **编译错误解决** | `sudo apt install -y libprotobuf-dev protobuf-compiler libprotoc-dev libpoco-dev libeigen3-dev liblua5.3-dev libboost-all-dev libceres-dev`<br>`catkin_make_isolated --install --use-ninja` | 检查依赖库和重新编译工作空间 | 解决编译过程中出现的错误 | | **Protobuf版本不兼容解决** | `protoc --version`<br>`sudo apt install -y protobuf-compiler=3.6.1-1ubuntu1 libprotobuf-dev=3.6.1-1ubuntu1` | 检查并安装兼容版本的Protobuf | 确保Protobuf版本与Cartographer_ros兼容 | | **地图生成不准确解决** | 校准传感器<br>优化参数配置<br>检查TF树 | 调整传感器设置和配置参数,确保数据准确性 | 提升地图生成的精度和可靠性 | | **节点无法启动解决** | 检查配置文件<br>查看节点日志<br>确认依赖包安装完整 | 确认配置文件无误,查看日志定位问题 | 确保Cartographer_ros节点正常运行 | | **资源管理** | `htop` | 监控系统资源使用情况 | 确保系统资源充足,避免SLAM过程中的性能瓶颈 | | **安全性配置** | `sudo ufw allow from 192.168.1.0/24 to any port 11311`<br>`sudo ufw enable`<br>`ssh-keygen -t rsa -b 4096`<br>`ssh-copy-id user@remote_host` | 配置防火墙和SSH密钥认证 | 提升系统的安全性,防止未经授权的访问 | **重要事项**:**每个步骤应根据实际需求和系统环境进行调整,确保安装和配置的正确性和安全性。** ## 总结 通过本文的详细部署指南,您已经掌握了在 **Ubuntu Noetic** 环境下部署 **cartographer_ros** 的完整流程。从环境准备、ROS Noetic的安装,到Cartographer_ros的编译、配置和测试,每一步都提供了详细的命令和解释,确保部署过程顺利进行。 **关键要点回顾**: - **环境准备**:确保系统更新,安装必要的依赖库,为ROS和Cartographer_ros的安装奠定基础。 - **安装ROS Noetic**:设置ROS源,安装桌面版,初始化rosdep,配置环境变量,安装ROS依赖包。 - **安装Cartographer_ros**:克隆源码,安装依赖库,编译并安装Cartographer_ros。 - **配置Cartographer_ros**:创建ROS工作空间,配置参数文件和Launch文件,确保SLAM过程正常运行。 - **测试与验证**:启动ROS核心和Cartographer节点,使用RViz可视化SLAM过程,确保地图生成准确。 - **问题解决**:针对编译错误、Protobuf版本不兼容、地图生成不准确和节点无法启动等常见问题提供解决方案。 - **最佳实践**:定期更新系统和依赖,优化参数配置,合理管理资源,强化系统安全性。 **重要事项**:**在实际应用中,根据具体的机器人平台和使用场景,灵活调整Cartographer_ros的配置参数,确保SLAM系统的高效性和准确性。持续监控系统性能,及时优化和维护,保障SLAM系统的稳定运行。通过合理的配置和优化,充分发挥Cartographer_ros在移动机器人和自动驾驶等领域的优势,为项目的成功实施提供坚实的技术支持。** 通过系统化的学习和实践,您将能够熟练掌握 **cartographer_ros** 在 **Ubuntu Noetic** 环境下的部署与应用,提升机器人系统的自主导航和环境感知能力,推动项目的顺利进行。 最后修改:2024 年 09 月 23 日 © 允许规范转载 打赏 赞赏作者 支付宝微信 赞 如果觉得我的文章对你有用,请随意赞赏