《动手学ROS2》9.5为FishBot添加添加激光雷达传感器
本系列教程作者：小鱼
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9.5为FishBot添加添加激光雷达传感器
本节我们来认识一个新的传感器，该传感器在自动驾驶、室内导航等应用非常多，比如扫地机器人上就是用的它作为感知环境的重要工具，该传感器是激光雷达。
1.激光雷达介绍
激光雷达（Light Detection And Ranging）,缩写LiDAR，翻译一下叫——激光探测与测距。
1.1 激光雷达原理介绍
激光雷达的原理也很简单，就像蝙蝠的定位方法一样，蝙蝠定位大家都知道吧，像下面这样子的回声定位。
普通的单线激光雷达一般有一个发射器，一个接收器，发射器发出激光射线到前方的目标上，物品会将激光反射回来，然后激光雷达的接受器可以检测到反射的激光。
通过计算发送和反馈之间的时间间隔，乘上激光的速度，就可以计算出激光飞行的距离，该计算方法成为TOF（飞行时间法Time of flight，也称时差法）。
除了TOF之外还有其他方法进行测距，比如三角法，这里就不拓展了放一篇文章，大家自行阅读。
- 激光三角测距原理详述
目前市面上的激光雷达，几乎都是采用三角测距，比如思岚的：
需要注意的是虽然只有一个发射器和一个接受器，激光雷达通过电机可以进行旋转，这样就可以达到对周围环境360度测距的目的。
1.2 激光雷达大赏
五位数的长这样
四位数的长这样
三位数的长这样
两位数的长这样
不要钱的长这样
仿真的，不要钱
2.Gazebo激光雷达插件
因为激光雷达是属于射线类传感器，该类传感在在Gazebo插件中都被封装成了一个动态库libgazebo_ros_ray_sensor.so。
接着我们来看看LiDAR的话题消息接口sensor_msgs/msg/LaserScan。
ros2 interface show sensor_msgs/msg/LaserScanCopy to clipboardErrorCopied# Single scan from a planar laser range-finder
#
# If you have another ranging device with different behavior (e.g. a sonar
# array), please find or create a different message, since applications
# will make fairly laser-specific assumptions about this data
std_msgs/Header header # timestamp in the header is the acquisition time of
# the first ray in the scan.
#
# 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 points
float32 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.Copy to clipboardErrorCopied雷达的数据结构有些复杂，但通过注释和名字相信你可以看的七七八八，看不懂也没关系，一般情况下我们不会直接的对雷达的数据做操作。小鱼这里也就先skip。
3.为FishBot添加雷达插件
有了前面的经验，我们需要在URDF添加以下内容即可
<gazebo reference="laser_link">
<sensor name="laser_sensor" type="ray">
<always_on>true</always_on>
<visualize>true</visualize>
<update_rate>5</update_rate>
<pose>0 0 0.075 0 0 0</pose>
<ray>
<scan>
<horizontal>
<samples>360</samples>
<resolution>1.000000</resolution>
<min_angle>0.000000</min_angle>
<max_angle>6.280000</max_angle>
</horizontal>
</scan>
<range>
<min>0.120000</min>
<max>3.5</max>
<resolution>0.015000</resolution>
</range>
<noise>
<type>gaussian</type>
<mean>0.0</mean>
<stddev>0.01</stddev>
</noise>
</ray>
<plugin name="laserscan" filename="libgazebo_ros_ray_sensor.so">
<ros>
<remapping>~/out:=scan</remapping>
</ros>
<output_type>sensor_msgs/LaserScan</output_type>
<frame_name>laser_link</frame_name>
</plugin>
</sensor>
</gazebo>Copy to clipboardErrorCopied可以看到:
- 雷达也可以设置更新频率
update_rate，这里设置为5 - 雷达可以设置分辨率，设置为1，采样数量360个，最终生成的点云数量就是360
- 雷达也有噪声，模型为
gaussian - 雷达有扫描范围
range，这里配置成0.12-3.5，0.015分辨率 - 雷达的
pose就是雷达的joint中位置的设置值
4.编译测试
编译
colcon buildCopy to clipboardErrorCopied运行
ros2 launch fishbot_description gazebo.launch.pyCopy to clipboardErrorCopied
CLI看话题
ros2 topic list
ros2 topic info /scanCopy to clipboardErrorCopiedros2 topic echo /scanCopy to clipboardErrorCopied接着我们尝试使用rviz2进行可视化激光雷达数据
添加和修改RVIZ2的如下：（通过LaserScan插件可以看到激光数据）
相信你改完之后依然是看不到任何激光雷达的数据的，反看topic的echo出来的数据，不是0就是inf(无限大)，再看看gazebo你会发现，激光雷达并没有达到任何一个物体上。
所以我们可以手动的给激光雷达周围添加一下东西，点击Gazebo工具栏的正方体，圆球或者圆柱，随意放置几个到我们激光雷达的最大扫描半径内。
接着我们再看一下RVIZ2，这里小鱼把size改大了10倍0.01->0.1。
5.总结
到这里我们就把fishbot的各个传感器都仿真出来了，第九章的内容也暂且告一段落，迎接我们的是第十章，也就是fishbot的导航仿真，nav2了。
如果你想先本教程一步学习Nav2，可以到nav2中文网哦～
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