目前正在尝试仿真中实现基础地图上实时更新地图

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陌欢醉
2026-06-04 22:07:35 +08:00
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@@ -1,3 +1,24 @@
# ============================================================================
# gc_nav2_with_amcl.launch.py
# 功能:基于 AMCL自适应蒙特卡洛定位的导航启动文件
#
# 架构:
# Gazebo 仿真环境
# ├── robot_state_publisher — 发布机器人 TF 树URDF 模型)
# └── nav2_bringup_launch — Nav2 一体化启动(包含以下子模块):
# ├── map_server — 加载 my_map.yaml,发布全量静态地图到 /map
# ├── AMCL — 粒子滤波定位,发布 map→odom TF
# │ 需要手动设置 /initialpose 初始位姿
# ├── planner_server — 全局/局部路径规划器SmacHybrid
# ├── controller_server — 路径跟踪控制器MPPI Ackermann
# ├── behavior_server — 恢复行为服务器spin/backup/wait
# └── bt_navigator — 行为树导航编排器
#
# 与 SLAM 定位方案的区别:
# AMCL 粒子滤波定位,需要手动设置初始位姿,地图固定不更新
# SLAM定位 激光扫描匹配定位,自动定位,可加载 .posegraph 序列化地图
# ============================================================================
import os
from ament_index_python.packages import get_package_share_directory
from launch import LaunchDescription
@@ -11,24 +32,46 @@ from launch.actions import ExecuteProcess
def generate_launch_description():
"""生成 LaunchDescription,启动 Gazebo + AMCL定位 + Nav2 导航"""
ld = LaunchDescription()
# =============================1.定位到包的地址=============================================================
# 通过 ament_index 获取各功能包的安装路径
gc_navigation_fish_dir = get_package_share_directory(
'gc_navigation2_slamtoolbox')
nav2_bringup_dir = get_package_share_directory('nav2_bringup')
origincar_urdf_dir = get_package_share_directory(
'origincar_description')
# =============================2.声明参数获取配置文件路径===================================================
# use_sim_time 这里要设置成true,因为gazebo是仿真环境其时间是通过/clock话题获取而不是系统时间
# =============================2.声明参数,获取配置文件路径===================================================
# use_sim_time: 仿真时间开关。Gazebo 下必须为 True,
# 因为仿真环境通过 /clock 话题提供时间,而非系统时间
use_sim_time = LaunchConfiguration('use_sim_time', default='true')
# map_yaml_path: 全量静态地图 yaml 文件路径
# 传给 bringup_launch → map_server 加载并发布到 /map
map_yaml_path = LaunchConfiguration('map', default=os.path.join(
gc_navigation_fish_dir, 'maps', 'my_map.yaml'))
# nav2_param_path: Nav2 导航栈参数文件(含 AMCL 粒子滤波配置)
# 注意:此处用 gc_navigation_amcl.yaml,包含 AMCL 参数(粒子数、运动模型等)
# SLAM 方案则用 gc_navigation_slam.yaml不含 AMCL
nav2_param_path = LaunchConfiguration('params_file', default=os.path.join(
gc_navigation_fish_dir, 'params', 'gc_navigation_amcl.yaml'))
# =============================3.声明启动launch文件传入地图路径、是否使用仿真时间以及nav2参数文件==============
# =============================3.声明启动launch文件==========================================================
# bringup_launch.py 是 Nav2 的一体化启动入口,内部自动处理:
# 1. 声明所有 launch 参数map, slam, use_sim_time, params_file 等)
# 2. 根据 slam 参数决定启动模式:
# slam=False默认→ localization_launchmap_server + AMCL
# slam=True → slam_launchslam_toolbox 在线建图)
# 3. 启动 navigation_launchplanner + controller + behavior + bt_navigator
# 4. 通过 RewrittenYaml 实现参数文件中的变量替换
#
# 传入参数:
# map: 地图 yaml 文件路径map_server 加载,AMCL 定位)
# use_sim_time: 仿真时间模式Gazebo 下必须为 true
# params_file: Nav2 全部节点的参数配置
nav2_bringup_launch = IncludeLaunchDescription(
PythonLaunchDescriptionSource(
[nav2_bringup_dir, '/launch', '/bringup_launch.py']),
@@ -38,20 +81,35 @@ def generate_launch_description():
'params_file': nav2_param_path}.items(),
)
# =============================4.Gazebo仿真设置==========================================================
# robot_name_in_model: Gazebo 中机器人的模型名称,需与 URDF 中一致
robot_name_in_model = 'mycar'
# default_model_path: 机器人 URDF 模型文件路径
# 使用 xacro 宏展开生成最终的 URDF
default_model_path = os.path.join(
origincar_urdf_dir, "urdf", "origincar.urdf")
# 声明 model 启动参数,支持命令行覆盖ros2 launch ... model:=/path/to/custom.urdf
model = DeclareLaunchArgument(
name="model", default_value=default_model_path)
# Gazebo 仿真世界文件路径
gazebo_world_path = os.path.join(origincar_urdf_dir, 'world/test.world')
# 启动 Gazebo 仿真器进程
# --verbose: 输出详细日志
# -s libgazebo_ros_init.so: 加载 ROS ↔ Gazebo 通信初始化插件
# -s libgazebo_ros_factory.so: 加载模型生成spawn_entity插件
start_gazebo_cmd = ExecuteProcess(
cmd=['gazebo', '--verbose', '-s', 'libgazebo_ros_init.so',
'-s', 'libgazebo_ros_factory.so', gazebo_world_path],
output='screen')
# 在 Gazebo 世界中生成机器人模型
# -entity: 模型在 Gazebo 中的实例名mycar
# -file: 要加载的 URDF 模型文件
# 生成后 Gazebo 会为模型创建对应的关节状态话题等
spawn_entity_cmd = Node(
package='gazebo_ros',
executable='spawn_entity.py',
@@ -60,9 +118,16 @@ def generate_launch_description():
output='screen'
)
robot_description = ParameterValue(Command(["xacro ", LaunchConfiguration("model")]),
value_type=str)
# robot_description: 将 XACRO/URDF 模型字符串设为 ROS 参数
# robot_state_publisher 读取此参数发布各连杆的 TF 坐标变换
robot_description = ParameterValue(
Command(["xacro ", LaunchConfiguration("model")]), value_type=str)
# robot_state_publisher: 发布机器人各关节、连杆的 TF 变换
# - 订阅 joint_states 话题获取关节角度
# - 根据 URDF 模型计算 base_link → laser_link, wheel_link 等变换
# - publish_frequency=30Hz 确保 TF 更新平滑
# - use_sim_time=True 使用 /clock 仿真时间
robot_state_publisher = Node(
package="robot_state_publisher",
executable="robot_state_publisher",
@@ -70,17 +135,22 @@ def generate_launch_description():
'use_sim_time': True, 'publish_frequency': 30.0}]
)
# 2.启动 joint_state_publisher 节点发布非固定关节状态
joint_state_publisher = Node(
package="joint_state_publisher",
executable="joint_state_publisher"
)
# joint_state_publisher: 发布非固定关节的默认状态
# 如果 Gazebo 已经发布 joint_states,此节点可以注释掉避免冲突
# joint_state_publisher = Node(
# package="joint_state_publisher",
# executable="joint_state_publisher"
# )
ld.add_action(model)
ld.add_action(nav2_bringup_launch)
ld.add_action(start_gazebo_cmd)
ld.add_action(spawn_entity_cmd)
ld.add_action(robot_state_publisher)
# ld.add_action(joint_state_publisher)
# =============================5.将所有 Action 添加到 LaunchDescription ==================================
# 注意:nav2_bringup_launch 必须在 Gazebo 启动之后,
# 否则会出现 /clock 话题未就绪的问题
# 可通过 TimerAction 添加延迟,或依赖 launch 系统的自动排序
ld.add_action(model) # 1. 声明模型路径参数
ld.add_action(nav2_bringup_launch) # 2. 启动 Nav2 一体化map_server + AMCL + 导航)
ld.add_action(start_gazebo_cmd) # 3. 启动 Gazebo 仿真器
ld.add_action(spawn_entity_cmd) # 4. 在 Gazebo 中生成机器人
ld.add_action(robot_state_publisher) # 5. 发布机器人 TF 树
# ld.add_action(joint_state_publisher) # 6. (可选) 默认关节状态发布
return ld

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@@ -1,3 +1,22 @@
# ============================================================================
# gc_nav2_with_slam.launch.py
# 功能:基于 slam_toolbox 定位的导航启动文件
#
# 架构:
# Gazebo 仿真环境
# ├── robot_state_publisher — 发布机器人 TF 树URDF 模型)
# ├── map_server — 加载 my_map.yaml发布全量静态地图到 /map
# ├── slam_toolbox — 加载 my_map.posegraph激光扫描匹配定位
# │ 发布 map→odom TF替代 AMCL 的粒子滤波
# │ ⚠️ /map 话题重映射为 /slam_map避免冲突
# └── navigation_launch — Nav2 导航栈(路径规划 + 运动控制)
# global_costmap 从 /map 获取全量静态地图
#
# 与 AMCL 方案的区别:
# AMCL 粒子滤波定位,需要手动设置初始位姿
# SLAM定位 激光扫描匹配定位,自动根据地图特征定位
# ============================================================================
import os
from ament_index_python.packages import get_package_share_directory
from launch import LaunchDescription
@@ -11,27 +30,50 @@ from launch.actions import ExecuteProcess
def generate_launch_description():
"""生成 LaunchDescription启动 Gazebo + SLAM定位 + Nav2 导航"""
ld = LaunchDescription()
# =============================1.定位到包的地址=============================================================
# 通过 ament_index 获取各功能包的安装路径
pkg_dir = get_package_share_directory('gc_navigation2_slamtoolbox')
nav2_bringup_dir = get_package_share_directory('nav2_bringup')
origincar_urdf_dir = get_package_share_directory('origincar_description')
# =============================2.声明参数===============================================================
# use_sim_time: 仿真时间开关。Gazebo 下必须为 True
# 因为仿真环境通过 /clock 话题提供时间,而非系统时间
use_sim_time = LaunchConfiguration('use_sim_time', default='true')
# map_yaml_path: 全量静态地图 yaml 文件路径
# 由 map_server 加载,发布到 /map 供 global_costmap 使用
map_yaml_path = LaunchConfiguration('map', default=os.path.join(
pkg_dir, 'maps', 'my_map.yaml'))
# nav2_param_path: Nav2 导航栈参数文件(不含 AMCL含 slam_toolbox
nav2_param_path = LaunchConfiguration('params_file', default=os.path.join(
pkg_dir, 'params', 'gc_navigation_slam.yaml'))
# slam_params_file: slam_toolbox 定位模式的参数文件
# mode: localization — 只定位不建图
# 包含 solver 配置、激光匹配参数、TF 帧定义等
slam_params_file = os.path.join(
pkg_dir, 'config', 'mapper_params_localization.yaml')
# slam_toolbox 定位所需的序列化地图
# posegraph_path: slam_toolbox 定位所需的序列化地图文件
# .posegraph 文件保存了 slam_toolbox 建图时的位姿图
# 配合 .data 文件slam_toolbox 可以还原完整地图用于激光匹配
posegraph_path = os.path.join(
pkg_dir, 'maps', 'my_map.posegraph')
# =============================3.slam_toolbox 定位模式(替代 AMCL=========================================
# 注意slam_toolbox 的 /map 重映射到 /slam_map避免覆盖 map_server 的全量地图
# localization_slam_toolbox_node:
# - 加载 .posegraph 序列化地图用于激光扫描匹配
# - 发布 map→odom 坐标变换(替代 AMCL 的粒子滤波定位)
# - 发布 /pose 话题(当前定位位姿)
#
# ⚠️ 关键:将 slam_toolbox 的 /map 重映射为 /slam_map
# 避免覆盖 map_server 发布到 /map 的全量静态地图
# 确保 global_costmap 的 static_layer 能获取完整地图边界
slam_toolbox_node = Node(
package='slam_toolbox',
executable='localization_slam_toolbox_node',
@@ -44,6 +86,11 @@ def generate_launch_description():
)
# =============================4.map_server 提供全量静态地图给 global_costmap =============================
# map_server:
# - 加载 my_map.yaml + my_map.pgm 格式的传统静态地图
# - 发布完整地图到 /map 话题199×266 像素,分辨率 0.05 m
# - 这是 global_costmap 静态层的唯一数据来源
# - 是 lifecycle 节点,需要 lifecycle_manager 激活
map_server_node = Node(
package='nav2_map_server',
executable='map_server',
@@ -53,6 +100,8 @@ def generate_launch_description():
'use_sim_time': True}],
)
# lifecycle_manager: 管理 map_server 的生命周期configure → activate
# autostart=True 表示启动后自动激活 map_server
map_server_lifecycle = Node(
package='nav2_lifecycle_manager',
executable='lifecycle_manager',
@@ -64,7 +113,14 @@ def generate_launch_description():
)
# =============================5.仅启动 nav2 navigation不含 localization=================================
# 因为 slam_toolbox 已经替代了 AMCL不需要再跑 localization_launch
# 为什么用 navigation_launch 而不是 bringup_launch
# bringup_launch 包含 localization_launchAMCL + map_server
# 由于 slam_toolbox 已经替代了 AMCL只需 navigation_launch 的:
# - planner_server — 全局/局部路径规划
# - controller_server — 路径跟踪控制MPPI
# - behavior_server — 行为树spin/backup/wait 恢复)
# - bt_navigator — 行为树导航编排
# - costmap 层 — global_costmap + local_costmap
navigation_launch = IncludeLaunchDescription(
PythonLaunchDescriptionSource(
[nav2_bringup_dir, '/launch', '/navigation_launch.py']),
@@ -73,19 +129,34 @@ def generate_launch_description():
'params_file': nav2_param_path}.items(),
)
# =============================5.Gazebo仿真设置==========================================================
# =============================6.Gazebo仿真设置==========================================================
# robot_name_in_model: Gazebo 中机器人的模型名称,需与 URDF 中一致
robot_name_in_model = 'mycar'
# default_model_path: 机器人 URDF 模型文件路径
# 使用 xacro 预处理生成最终的 URDF
default_model_path = os.path.join(
origincar_urdf_dir, "urdf", "origincar.urdf")
# 声明 model 启动参数,支持命令行覆盖 URDF 路径
model = DeclareLaunchArgument(
name="model", default_value=default_model_path)
# Gazebo 世界文件路径
gazebo_world_path = os.path.join(origincar_urdf_dir, 'world/test.world')
# 启动 Gazebo 仿真器
# --verbose: 详细日志输出
# -s libgazebo_ros_init.so: 加载 ROS-Gazebo 初始化插件
# -s libgazebo_ros_factory.so: 加载模型生成插件
start_gazebo_cmd = ExecuteProcess(
cmd=['gazebo', '--verbose', '-s', 'libgazebo_ros_init.so',
'-s', 'libgazebo_ros_factory.so', gazebo_world_path],
output='screen')
# 在 Gazebo 中生成机器人模型
# -entity: 模型实例名称
# -file: URDF 模型文件
spawn_entity_cmd = Node(
package='gazebo_ros',
executable='spawn_entity.py',
@@ -94,9 +165,14 @@ def generate_launch_description():
output='screen'
)
# robot_description: 将 URDF/XACRO 模型转换为 ROS 参数
# robot_state_publisher 订阅此参数发布 TF 树
robot_description = ParameterValue(
Command(["xacro ", LaunchConfiguration("model")]), value_type=str)
# robot_state_publisher: 发布机器人各连杆的 TF 变换
# base_link → laser_link, wheel_link 等关节状态
# publish_frequency=30Hz 保证平滑的 TF 更新
robot_state_publisher = Node(
package="robot_state_publisher",
executable="robot_state_publisher",
@@ -104,13 +180,17 @@ def generate_launch_description():
'use_sim_time': True, 'publish_frequency': 30.0}]
)
ld.add_action(model)
ld.add_action(start_gazebo_cmd)
ld.add_action(spawn_entity_cmd)
ld.add_action(robot_state_publisher)
ld.add_action(map_server_node)
ld.add_action(map_server_lifecycle)
ld.add_action(slam_toolbox_node)
ld.add_action(navigation_launch)
# =============================7.将所有 Action 添加到 LaunchDescription ==================================
# 启动顺序由 Launch 系统自动管理依赖
ld.add_action(model) # 1. 声明模型参数
ld.add_action(start_gazebo_cmd) # 2. 启动 Gazebo 仿真器
ld.add_action(spawn_entity_cmd) # 3. 生成机器人模型
ld.add_action(robot_state_publisher) # 4. 发布 TF 树
ld.add_action(map_server_node) # 5. 加载全量静态地图 → /map
ld.add_action(map_server_lifecycle) # 6. 激活 map_server
ld.add_action(slam_toolbox_node) # 7. 启动 SLAM 定位 → map→odom TF
ld.add_action(navigation_launch) # 8. 启动 Nav2 导航栈
return ld

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@@ -0,0 +1,158 @@
# ============================================================================
# gc_nav2_with_slam_online.launch.py
# 功能:基于 slam_toolbox 在线异步建图 + 定位的导航启动文件
#
# 核心能力:
# 1. 启动时加载已有地图my_map.posegraph无需从零建图
# 2. 运行中持续更新地图(新障碍物自动写入 /map
# 3. 激光扫描匹配定位(替代 AMCL自动定位
# 4. 双层避障obstacle_layer/scan 瞬时避障)+ static_layer/map 持久化障碍)
#
# 架构:
# Gazebo 仿真环境
# ├── robot_state_publisher — URDF → TF 树base_link→laser_link 等)
# ├── slam_toolbox — async_slam_toolbox_node
# │ ├── 加载 my_map.posegraph + my_map.data
# │ ├── mode: mapping定位 + 实时建图)
# │ ├── 发布 /map全量 + 实时更新)
# │ └── 发布 map→odom TF定位结果
# └── navigation_launch — Nav2 导航栈
# ├── global_costmap ← /map静态层
# ├── local_costmap ← /scan障碍层
# ├── planner_server — SmacHybrid 路径规划
# ├── controller_server — MPPI Ackermann 控制
# ├── behavior_server — spin/backup/wait 恢复
# └── bt_navigator — 行为树编排
#
# 与其他方案对比:
# gc_nav2_with_amcl.launch.py: AMCL 粒子滤波,地图固定,需手动设初始位姿
# gc_nav2_with_slam.launch.py: SLAM 定位模式,地图只读,需 map_server
# gc_nav2_with_slam_online.launch.py: SLAM 在线模式,加载已有地图 + 实时更新(本文件)
# ============================================================================
import os
from ament_index_python.packages import get_package_share_directory
from launch import LaunchDescription
from launch.actions import IncludeLaunchDescription, DeclareLaunchArgument
from launch.launch_description_sources import PythonLaunchDescriptionSource
from launch.substitutions import LaunchConfiguration
from launch_ros.actions import Node
from launch_ros.parameter_descriptions import ParameterValue
from launch.substitutions import Command
from launch.actions import ExecuteProcess
def generate_launch_description():
"""启动 Gazebo + SLAM 在线建图定位 + Nav2 导航"""
ld = LaunchDescription()
# =============================1.定位到包的地址=============================================================
pkg_dir = get_package_share_directory('gc_navigation2_slamtoolbox')
nav2_bringup_dir = get_package_share_directory('nav2_bringup')
origincar_urdf_dir = get_package_share_directory('origincar_description')
# =============================2.声明路径参数===============================================================
# use_sim_time: 必须为 trueGazebo 通过 /clock 话题提供仿真时间
use_sim_time = LaunchConfiguration('use_sim_time', default='true')
# nav2_param_path: Nav2 导航栈参数planner/controller/costmap/behavior
nav2_param_path = LaunchConfiguration('params_file', default=os.path.join(
pkg_dir, 'params', 'gc_navigation_slam.yaml'))
# slam 基础配置文件(异步建图 + 实时更新)
slam_params_file = os.path.join(
pkg_dir, 'config', 'slam_toolbox_async.yaml')
# 已有序列化地图slam_toolbox 格式:.posegraph + .data
posegraph_path = os.path.join(pkg_dir, 'maps', 'my_map.posegraph')
# =============================3.slam_toolbox在线异步建图 + 定位============================================
# 选用 online_async_slam_toolbox_node而非 localization_slam_toolbox_node的原因
# - 加载已有 .posegraph 地图后,仍可继续写入新扫描数据
# - 异步处理:激光数据在独立线程中建图,不阻塞里程计
# - 适合导航场景:启动时还原已知区域,运行中发现新障碍物自动更新 /map
#
# 参数说明(以下参数已在 mapper_params_online_async.yaml 中配置,此处覆写确保生效):
# mode: mapping — 定位 + 建图(覆盖 yaml
# map_file_name — 已在 yaml 中设为源码路径,不在此覆写
# 已有序列化地图slam_toolbox 格式:.posegraph + .data
# 注意:此路径仅供文档参考,实际加载路径在 yaml 配置文件中
posegraph_path = os.path.join(pkg_dir, 'maps', 'my_map.posegraph')
slam_toolbox_node = Node(
package='slam_toolbox',
executable='async_slam_toolbox_node',
name='slam_toolbox',
output='screen',
parameters=[
slam_params_file, # 基础参数solver、TF、分辨率、map_file_name 等)
{
'use_sim_time': True,
'mode': 'mapping', # 覆盖 yaml定位 + 建图
'map_update_interval': 3.0, # 每 3 秒更新一次 /map
},
],
# 无需 remap /maponline_async 发布的就是权威 /map
)
# Read: Failed to open requested file: / home/guoch/test_ws/src/gc_navigation2_slamtoolbox/maps/my_map.posegraph.
# Failed to read file: / home/guoch/test_ws/src/gc_navigation2_slamtoolbox/maps/my_map.posegraph.
# =============================4.启动 Nav2 导航栈==========================================================
# 只用 navigation_launch不含 localization因为 slam_toolbox 已承担定位
navigation_launch = IncludeLaunchDescription(
PythonLaunchDescriptionSource(
[nav2_bringup_dir, '/launch', '/navigation_launch.py']),
launch_arguments={
'use_sim_time': use_sim_time,
'params_file': nav2_param_path,
}.items(),
)
# =============================5.Gazebo 仿真环境==========================================================
robot_name_in_model = 'mycar'
default_model_path = os.path.join(origincar_urdf_dir, 'urdf', 'origincar.urdf')
model = DeclareLaunchArgument(name='model', default_value=default_model_path)
# 启动 Gazebo 仿真器(加载 world 文件和 ROS 插件)
gazebo_world_path = os.path.join(origincar_urdf_dir, 'world', 'test.world')
start_gazebo_cmd = ExecuteProcess(
cmd=[
'gazebo', '--verbose',
'-s', 'libgazebo_ros_init.so', # ROS ↔ Gazebo 通信初始化
'-s', 'libgazebo_ros_factory.so', # 模型生成工厂
gazebo_world_path,
],
output='screen',
)
# 在 Gazebo 中生成机器人
spawn_entity_cmd = Node(
package='gazebo_ros',
executable='spawn_entity.py',
arguments=['-entity', robot_name_in_model, '-file', default_model_path],
output='screen',
)
# 发布机器人 TF 树
robot_description = ParameterValue(
Command(['xacro ', LaunchConfiguration('model')]), value_type=str,
)
robot_state_publisher = Node(
package='robot_state_publisher',
executable='robot_state_publisher',
parameters=[{
'robot_description': robot_description,
'use_sim_time': True,
'publish_frequency': 30.0,
}],
)
# =============================6.组装 LaunchDescription===================================================
ld.add_action(model)
ld.add_action(start_gazebo_cmd)
ld.add_action(spawn_entity_cmd)
ld.add_action(robot_state_publisher)
ld.add_action(slam_toolbox_node)
ld.add_action(navigation_launch)
return ld