3D（3D Navigation Package）导航包详细介绍与配置指南 In 世界杯晋级规则 @2025-10-17 05:47:47
3D（3D Navigation Package）导航包详细介绍与配置指南
目录
包简介功能概述依赖关系安装步骤配置与编译运行3D导航
在仿真环境中启动在实际机器人（PR2）上启动 导航规划与可视化当前限制与注意事项
包简介
3D导航包（3D Navigation Package） 是一个基于ROS（Robot Operating System，机器人操作系统）的导航包，旨在为机器人在复杂环境中提供三维导航能力。通过集成三维碰撞检测（3D Collision Checking），该包允许机器人在任意配置下进行导航，例如手臂未收回（Untucked Arms），以完成各种移动操作任务（Mobile Manipulation Tasks），如桌面操作（Tabletop Manipulation）、托盘搬运（Tray Carrying）、拾取与放置（Pick and Place）等。
功能概述
3D导航包（3D Navigation Package） 的主要功能包括：
三维碰撞检测（3D Collision Checking）：
使用 octomap 构建三维世界模型（3D World Model），实现机器人全身配置的碰撞检测（Collision Checking）。 自由配置导航（Configuration-Free Navigation）：
支持机器人在任何配置下导航，包括手臂未收回状态，适用于各种移动操作任务。 地图构建（Map Building）：
通过 octomap_server 从传感器数据中逐步构建三维环境地图（3D Environment Map），适应动态环境变化。 规划器支持（Planner Support）：
全局规划器（Global Planner）：使用 sbpl_lattice_planner_3d 插件。局部规划器（Local Planner）：使用 pose_follower_3d 插件。 仿真支持（Simulation Support）：
提供 3d_nav_gazebo 包，在 Gazebo 仿真环境中设置和测试三维导航功能。
依赖关系
3D导航包（3D Navigation Package） 依赖于多个ROS包，确保这些依赖项已正确安装非常重要。主要依赖项包括：
ros-diamondback-pr2-simulator：PR2机器人仿真器。ros-diamondback-navigation-experimental：实验性的导航功能。ros-diamondback-motion-planners：运动规划器。ros-diamondback-pr2-common-actions：PR2机器人常用动作。ros-diamondback-pr2-apps：PR2机器人应用程序。ros-diamondback-point-cloud-perception：点云感知。ros-diamondback-pr2-arm-navigation：PR2机器人手臂导航。
注意：当前代码和说明适用于ROS Diamondback版本（ROS Diamondback），正在开发适用于ROS Electric或Fuerte版本（ROS Electric/Fuerte）的改进版本，预计将更快且性能更优。
安装步骤
安装ROS Diamondback及默认栈： 确保已安装ROS Diamondback及其默认栈。可以通过以下命令安装：
sudo apt-get install ros-diamondback-desktop-full
安装依赖包： 使用以下命令安装 3D导航包 所依赖的额外ROS包：
sudo apt-get install ros-diamondback-pr2-simulator \
ros-diamondback-navigation-experimental \
ros-diamondback-motion-planners \
ros-diamondback-pr2-common-actions \
ros-diamondback-pr2-apps \
ros-diamondback-point-cloud-perception \
ros-diamondback-pr2-arm-navigation
获取 3d_navigation 及相关开发代码： 使用 rosinstall 文件覆盖您的Diamondback安装，获取开发版本的附加栈和 3d_navigation 代码。创建一个 3d_navigation.rosinstall 文件，内容如下：
- svn:
uri: https://code.ros.org/svn/wg-ros-pkg/branches/trunk_diamondback/sandbox/3d_navigation/
local-name: stacks/3d_navigation
- svn:
uri: http://alufr-ros-pkg.googlecode.com/svn/branches/octomap_mapping-diamondback/
local-name: stacks/octomap_mapping
- svn:
uri: https://code.ros.org/svn/wg-ros-pkg/stacks/motion_planning_common/branches/arm_navigation_metrics
local-name: stacks/motion_planning_common
然后，在工作空间中运行以下命令以检出代码：
rosinstall . 3d_navigation.rosinstall
配置与编译
设置ROS包路径： 确保所有检出的包都在 ROS_PACKAGE_PATH 中。例如：
export ROS_PACKAGE_PATH=~/catkin_ws/stacks/3d_navigation:~/catkin_ws/stacks/octomap_mapping:~/catkin_ws/stacks/motion_planning_common:$ROS_PACKAGE_PATH
编译代码： 使用 rosmake 编译 3d_navigation 包及其依赖项：
rosmake --rosdep-install 3d_navigation
该命令将自动安装缺失的依赖并编译相关包。
运行3D导航
3D导航（3D Navigation） 的运行分为在仿真环境中启动和在实际机器人（PR2）上启动两种方式。
在仿真环境中启动
启动Gazebo仿真环境： 运行以下命令启动包含3D导航功能的完整Gazebo仿真环境：
roslaunch 3d_nav_gazebo 3d_nav_gazebo_complete.launch
配置与测试： 仿真环境启动后，可以在 RViz 中进行目标设置和路径规划测试。详细参数和配置请参阅 3d_nav_gazebo 包中的文档。
在实际机器人（PR2）上启动
调整控制器超时参数： 为防止本地规划器（Local Planner）因超时而停止运行，需要增加 pr2_base_controller 的超时参数。推荐将默认的0.2秒调整为0.3-0.4秒。具体步骤如下：
创建一个覆盖配置文件，例如 pr2_base_controller2.yaml。在该文件中修改参数：base_controller:
timeout: 0.4 # 将超时设置为0.4秒
在启动文件中加载该覆盖配置，确保参数正确应用。 启动2D定位（AMCL）： 首先启动2D自适应蒙特卡罗定位（Adaptive Monte Carlo Localization，AMCL）：
roslaunch 3d_nav_executive wg_2dnav_amcl.launch
在 RViz 中设置机器人的初始位姿。通过遥操作（Teleoperation）驱动机器人短距离移动，帮助粒子滤波器（Particle Filter）收敛至正确位置。 启动3D地图集成： 在AMCL稳定后，启动3D地图集成节点：
roslaunch 3d_nav_executive 3d_nav_environment.launch
机器人开始从传感器获取数据，逐步构建三维环境地图。 启动3D导航： 在获取足够的三维扫描数据后，启动3D导航功能：
roslaunch 3d_nav_executive move_base_sbpl_3d.launch
重要：此时请关闭游戏手柄遥操作（Gamepad Teleoperation），以避免干扰机器人的自动导航命令。
导航规划与可视化
设置导航目标：
打开 RViz，并加载 3d_nav_executive/3d_nav_view 提供的配置文件。使用RViz的2D导航界面设置导航目标位置。 规划结果展示：
有效目标（Valid Goal）：如果目标配置合法，RViz中会在目标位姿处显示一个绿色的机器人模型（通过 /planning_scene_visualizer 主题发布的Marker）。无效目标（Invalid Goal）：如果目标位置或起始位置存在碰撞，RViz会在相应位置显示红色球体提示。 规划执行：
一旦目标配置有效，导航堆栈（Navigation Stack）将自动生成路径并控制机器人移动至目标位置。
当前限制与注意事项
自动地图获取（Automatic Map Acquisition）：
启动时不支持自动地图获取，建议用户通过遥操作手动移动机器人，尤其是原地旋转（Rotate in Place），以快速构建周围环境的三维地图。 传感器视野（Sensor Field of View）：
目前仅集成了有纹理的窄视野立体相机（Textured Narrow Stereo Camera）。在导航过程中需注意其有限的视野范围，避免因视野不足导致的导航失败。 ROS版本支持（ROS Version Support）：
当前代码和说明适用于ROS Diamondback版本。针对更高版本（如Electric或Fuerte）的改进版本正在开发中，预计将更快且性能更优。 开发与维护（Development and Maintenance）：
部分组件已集成至 octomap_server 和 ICRA Sushi Challenge 项目中。用户可参考这些项目获取更多功能和优化。
通过以上详细的介绍与指导，用户可以更清晰地理解 3D导航包（3D Navigation Package） 的功能、安装配置步骤以及使用方法，确保在复杂三维环境中实现高效可靠的机器人导航。