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ego-planner开源代码之simulator.xml介绍&分析
- 1. 源由
- 2. simulator配置
- 2.1 配置入参
- 2.2 mockamap_node 地图生成节点
- 2.3 quadrotor_simulator_so3 四旋翼仿真节点
- 2.4 Nodelet机制 四旋翼控制节点
- 2.5 odom_visualization 里程计数据
- 2.6 pcl_render_node 本地感知
- 3. 总结
1. 源由
ego-planner开源代码之数据流分析工作的延续。
- 对于算法逻辑的数据流,在前面已经初步做了整理,部分主要模块已经有比较清晰的认识。
- 从数据流的角度,理解模块的工作逻辑,还是非常直观、简洁的。
如何从系统的角度,思考问题,尤其是一个系统由众多模块组成的复杂体系,要能够整体的理解,反而并不能一下子上手。
反之,若能够将整个系统作为一个模块
来理解,入参和出参分别如何对应和理解呢?
2. simulator配置
- simulator.xml
2.1 配置入参
<arg name="init_x" value="-18.0"/><arg name="init_y" value="0.0"/><arg name="init_z" value="0.0"/> <arg name="obj_num" value="1" /><arg name="map_size_x_"/><arg name="map_size_y_"/><arg name="map_size_z_"/><arg name="c_num"/><arg name="p_num"/><arg name="min_dist"/><arg name="odometry_topic"/>
在启动文件中传递参数值给节点。每个 arg
标签定义了一个参数名和一个默认值(如果有的话),并且这些参数可以在启动节点时被传递和使用。
-
<arg name="init_x" value="-18.0"/>
- 含义: 初始位置的 x 坐标,值为 -18.0。
-
<arg name="init_y" value="0.0"/>
- 含义: 初始位置的 y 坐标,值为 0.0。
-
<arg name="init_z" value="0.0"/>
- 含义: 初始位置的 z 坐标,值为 0.0。
-
<arg name="obj_num" value="1" />
- 含义: 对象的数量,值为 1。
-
<arg name="map_size_x_"/>
- 含义: 地图在 x 方向上的大小。这里没有指定默认值,实际值需要在运行时传递。
-
<arg name="map_size_y_"/>
- 含义: 地图在 y 方向上的大小。这里没有指定默认值,实际值需要在运行时传递。
-
<arg name="map_size_z_"/>
- 含义: 地图在 z 方向上的大小。这里没有指定默认值,实际值需要在运行时传递。
-
<arg name="c_num"/>
- 含义: 参数 c 的数量。这里没有指定默认值,实际值需要在运行时传递。
-
<arg name="p_num"/>
- 含义: 参数 p 的数量。这里没有指定默认值,实际值需要在运行时传递。
-
<arg name="min_dist"/>
- 含义: 最小距离值。这里没有指定默认值,实际值需要在运行时传递。
-
<arg name="odometry_topic"/>
- 含义: 里程计数据的 ROS 话题名称。这里没有指定默认值,实际值需要在运行时传递。
在 simple_run.launch 中相关的覆盖值定义是:
<arg name="map_size_x" value="40.0"/><arg name="map_size_y" value="40.0"/><arg name="map_size_z" value=" 3.0"/><!-- topic of your odometry such as VIO or LIO --><arg name="odom_topic" value="/visual_slam/odom" /><!-- use simulator --><include file="$(find ego_planner)/launch/simulator.xml"><arg name="map_size_x_" value="$(arg map_size_x)"/><arg name="map_size_y_" value="$(arg map_size_y)"/><arg name="map_size_z_" value="$(arg map_size_z)"/><arg name="c_num" value="200"/><arg name="p_num" value="200"/><arg name="min_dist" value="1.2"/><arg name="odometry_topic" value="$(arg odom_topic)" /></include>
2.2 mockamap_node 地图生成节点
<node pkg="mockamap" type="mockamap_node" name="mockamap_node" output="screen"> <remap from="/mock_map" to="/map_generator/global_cloud"/><param name="seed" type="int" value="127"/><param name="update_freq" type="double" value="0.5"/><!-- box edge length, unit meter--><param name="resolution" type="double" value="0.1"/><!-- map size unit meter--><param name="x_length" value="$(arg map_size_x_)"/><param name="y_length" value="$(arg map_size_y_)"/><param name="z_length" value="$(arg map_size_z_)"/><param name="type" type="int" value="1"/><!-- 1 perlin noise parameters --><!-- complexity: base noise frequency,large value will be complextypical 0.0 ~ 0.5 --><!-- fill: infill persentagetypical: 0.4 ~ 0.0 --><!-- fractal: large value will have more detail--><!-- attenuation: for fractal attenuationtypical: 0.0 ~ 0.5 --><param name="complexity" type="double" value="0.05"/><param name="fill" type="double" value="0.12"/><param name="fractal" type="int" value="1"/><param name="attenuation" type="double" value="0.1"/></node>
定义了一个基于噪声的地图生成节点,可以通过指定分辨率、地图大小以及噪声的复杂度等参数生成复杂的三维地图。
-
<node pkg="mockamap" type="mockamap_node" name="mockamap_node" output="screen">
- pkg=“mockamap”: 表示该节点属于
mockamap
包。 - type=“mockamap_node”: 节点的可执行文件名称为
mockamap_node
。 - name=“mockamap_node”: 设置该节点的名称为
mockamap_node
。 - output=“screen”: 输出将显示在终端(屏幕)上。
- pkg=“mockamap”: 表示该节点属于
-
<remap from="/mock_map" to="/map_generator/global_cloud"/>
- from=“/mock_map”: 将节点中的话题
/mock_map
重新映射到其他话题。 - to=“/map_generator/global_cloud”: 重映射的目标是
/map_generator/global_cloud
,即节点会将原本发布在/mock_map
上的数据发布到/map_generator/global_cloud
上。
- from=“/mock_map”: 将节点中的话题
-
<param name="seed" type="int" value="127"/>
- seed: 设置随机种子,类型为整数,值为
127
,用于生成一致的伪随机地图。
- seed: 设置随机种子,类型为整数,值为
-
<param name="update_freq" type="double" value="0.5"/>
- update_freq: 设置地图更新的频率,类型为双精度浮点数,值为
0.5
,即每秒更新0.5次(2秒更新一次)。
- update_freq: 设置地图更新的频率,类型为双精度浮点数,值为
-
<param name="resolution" type="double" value="0.1"/>
- resolution: 地图的分辨率,类型为双精度浮点数,值为
0.1
米,即每个网格的边长为0.1米。
- resolution: 地图的分辨率,类型为双精度浮点数,值为
-
<param name="x_length" value="$(arg map_size_x_)"/>
,<param name="y_length" value="$(arg map_size_y_)"/>
,<param name="z_length" value="$(arg map_size_z_)"/>
- x_length/y_length/z_length: 地图在
x
、y
和z
方向上的长度,单位为米,分别从外部传入参数map_size_x_
、map_size_y_
和map_size_z_
来设置。
- x_length/y_length/z_length: 地图在
-
<param name="type" type="int" value="1"/>
- type: 地图生成的类型,值为
1
,通常与特定的生成算法相关联(例如噪声生成类型)。
- type: 地图生成的类型,值为
-
噪声生成的具体参数:
- complexity: 基础噪声的频率,值为
0.05
,表示噪声的复杂度。值越大,噪声越复杂,典型值为0.0 ~ 0.5
。 - fill: 填充百分比,值为
0.12
,表示生成地图时的填充率,典型值为0.4 ~ 0.0
。 - fractal: 分形的级数,值为
1
,值越大,细节越丰富。 - attenuation: 分形的衰减系数,值为
0.1
,表示分形噪声的衰减,典型值为0.0 ~ 0.5
。
- complexity: 基础噪声的频率,值为
2.3 quadrotor_simulator_so3 四旋翼仿真节点
<node pkg="so3_quadrotor_simulator" type="quadrotor_simulator_so3" name="quadrotor_simulator_so3" output="screen"><param name="rate/odom" value="200.0"/><param name="simulator/init_state_x" value="$(arg init_x)"/><param name="simulator/init_state_y" value="$(arg init_y)"/><param name="simulator/init_state_z" value="$(arg init_z)"/><remap from="~odom" to="/visual_slam/odom"/><remap from="~cmd" to="so3_cmd"/><remap from="~force_disturbance" to="force_disturbance"/> <remap from="~moment_disturbance" to="moment_disturbance"/> </node>
启动了一个四旋翼仿真节点,属于so3_quadrotor_simulator
包,节点名称为quadrotor_simulator_so3
,初始状态由外部参数指定,频率高达200Hz的里程计信息用于其他系统(如SLAM)。仿真还支持控制指令的重映射,以及力和力矩的干扰处理。
-
<node pkg="so3_quadrotor_simulator" type="quadrotor_simulator_so3" name="quadrotor_simulator_so3" output="screen">
- pkg=“so3_quadrotor_simulator”: 节点属于
so3_quadrotor_simulator
包。 - type=“quadrotor_simulator_so3”: 启动的可执行文件为
quadrotor_simulator_so3
,这是四旋翼仿真器的SO3版本。 - name=“quadrotor_simulator_so3”: 节点名称为
quadrotor_simulator_so3
。 - output=“screen”: 输出显示在终端(屏幕)上。
- pkg=“so3_quadrotor_simulator”: 节点属于
-
<param name="rate/odom" value="200.0"/>
- rate/odom: 发布里程计(
odom
)数据的频率,值为200.0
Hz,表示每秒发布200次里程计数据,提供高精度的位置和速度信息。
- rate/odom: 发布里程计(
-
<param name="simulator/init_state_x" value="$(arg init_x)"/>
<param name="simulator/init_state_y" value="$(arg init_y)"/>
<param name="simulator/init_state_z" value="$(arg init_z)"/>
- simulator/init_state_x, init_state_y, init_state_z: 设置四旋翼仿真器的初始状态,分别是
x
、y
、z
三个方向的初始位置。参数init_x
、init_y
和init_z
是通过外部传入的ROS参数。这些值通常用于设置四旋翼在仿真中的起始位置。
- simulator/init_state_x, init_state_y, init_state_z: 设置四旋翼仿真器的初始状态,分别是
-
<remap from="~odom" to="/visual_slam/odom"/>
- ~odom: 仿真器发布的局部
odom
话题被重映射到全局的/visual_slam/odom
话题。通常,这是为了与视觉SLAM系统共享里程计数据。
- ~odom: 仿真器发布的局部
-
<remap from="~cmd" to="so3_cmd"/>
- ~cmd: 仿真器接收的控制指令话题
~cmd
被重映射到so3_cmd
话题。这里的so3_cmd
通常表示四旋翼姿态控制的SO(3)指令,用于控制仿真器的姿态。
- ~cmd: 仿真器接收的控制指令话题
-
<remap from="~force_disturbance" to="force_disturbance"/>
- ~force_disturbance: 仿真器中影响四旋翼的力干扰(force disturbance)话题。此话题被直接映射,没有更改话题名称。
-
<remap from="~moment_disturbance" to="moment_disturbance"/>
- ~moment_disturbance: 仿真器中影响四旋翼的力矩干扰(moment disturbance)话题,也保持话题名称不变。
2.4 Nodelet机制 四旋翼控制节点
<node pkg="nodelet" type="nodelet" args="standalone so3_control/SO3ControlNodelet" name="so3_control" required="true" output="screen"><param name="so3_control/init_state_x" value="$(arg init_x)"/><param name="so3_control/init_state_y" value="$(arg init_y)"/><param name="so3_control/init_state_z" value="$(arg init_z)"/><remap from="~odom" to="/visual_slam/odom"/><remap from="~position_cmd" to="/planning/pos_cmd"/><remap from="~motors" to="motors"/><remap from="~corrections" to="corrections"/><remap from="~so3_cmd" to="so3_cmd"/><rosparam file="$(find so3_control)/config/gains_hummingbird.yaml"/><rosparam file="$(find so3_control)/config/corrections_hummingbird.yaml"/><param name="mass" value="0.98"/><param name="use_angle_corrections " value="false"/><param name="use_external_yaw " value="false"/><param name="gains/rot/z" value="1.0"/> <param name="gains/ang/z" value="0.1"/> </node>
配置启动了一个使用Nodelet机制的四旋翼控制节点,属于so3_control
包,节点名为so3_control
,使用SO(3)控制算法。节点重映射了多个话题用于接收视觉SLAM、规划模块的指令,并发布电机指令等。该控制器的增益和校正参数从外部YAML文件载入,并允许自定义质量和校正选项。
-
<node pkg="nodelet" type="nodelet" args="standalone so3_control/SO3ControlNodelet" name="so3_control" required="true" output="screen">
- pkg=“nodelet”: 使用
nodelet
包,这意味着这是一个Nodelet节点,Nodelet可以将多个节点加载到同一进程中,以减少进程间通信的开销。 - type=“nodelet” args=“standalone so3_control/SO3ControlNodelet”: 启动一个独立的Nodelet实例(
standalone
),加载so3_control
包中的SO3ControlNodelet
。 - name=“so3_control”: 节点名称为
so3_control
。 - required=“true”: 表示这个节点是必需的,若它崩溃,则会终止整个ROS系统。
- output=“screen”: 输出信息显示在终端上。
- pkg=“nodelet”: 使用
-
<param name="so3_control/init_state_x" value="$(arg init_x)"/>
<param name="so3_control/init_state_y" value="$(arg init_y)"/>
<param name="so3_control/init_state_z" value="$(arg init_z)"/>
- so3_control/init_state_x, init_state_y, init_state_z: 初始化控制节点中四旋翼的位置,分别是
x
、y
、z
三个方向的初始位置。这些值通过外部参数传入(init_x
,init_y
,init_z
)。
- so3_control/init_state_x, init_state_y, init_state_z: 初始化控制节点中四旋翼的位置,分别是
-
<remap from="~odom" to="/visual_slam/odom"/>
- ~odom: 里程计话题
~odom
重映射到/visual_slam/odom
,用于从视觉SLAM系统接收里程计数据。
- ~odom: 里程计话题
-
<remap from="~position_cmd" to="/planning/pos_cmd"/>
- ~position_cmd: 重映射控制节点的位置信息指令
~position_cmd
到/planning/pos_cmd
,用于从规划模块接收位置指令。
- ~position_cmd: 重映射控制节点的位置信息指令
-
<remap from="~motors" to="motors"/>
- ~motors: 电机控制指令
~motors
被重映射到话题motors
。
- ~motors: 电机控制指令
-
<remap from="~corrections" to="corrections"/>
- ~corrections: 纠正信息话题
~corrections
,通常用于从外部传感器或模块获取姿态或其他校正数据。
- ~corrections: 纠正信息话题
-
<remap from="~so3_cmd" to="so3_cmd"/>
- ~so3_cmd: SO(3)控制指令话题
~so3_cmd
,用于控制四旋翼的姿态。
- ~so3_cmd: SO(3)控制指令话题
-
<rosparam file="$(find so3_control)/config/gains_hummingbird.yaml"/>
- gains_hummingbird.yaml: 载入
so3_control
包中的gains_hummingbird.yaml
文件,用于配置控制器的增益参数,尤其是姿态控制的增益。
- gains_hummingbird.yaml: 载入
-
<rosparam file="$(find so3_control)/config/corrections_hummingbird.yaml"/>
- corrections_hummingbird.yaml: 载入
corrections_hummingbird.yaml
,该文件包含姿态校正相关的参数。
- corrections_hummingbird.yaml: 载入
-
<param name="mass" value="0.98"/>
- mass: 设置四旋翼的质量为
0.98
公斤,控制算法会根据这个质量进行动态计算。
- mass: 设置四旋翼的质量为
-
<param name="use_angle_corrections" value="false"/>
- use_angle_corrections: 是否使用角度校正,设置为
false
,表示当前不启用角度校正。
- use_angle_corrections: 是否使用角度校正,设置为
-
<param name="use_external_yaw" value="false"/>
- use_external_yaw: 是否使用外部的偏航角校正,设置为
false
,即不使用外部的偏航控制。
- use_external_yaw: 是否使用外部的偏航角校正,设置为
-
<param name="gains/rot/z" value="1.0"/>
- gains/rot/z: 设置
z
轴上的旋转增益,值为1.0
,用于控制四旋翼在z
轴上的姿态响应。
- gains/rot/z: 设置
-
<param name="gains/ang/z" value="0.1"/>
- gains/ang/z: 设置
z
轴上的角度增益,值为0.1
,用于姿态控制中的角度调整。
- gains/ang/z: 设置
2.5 odom_visualization 里程计数据
<node pkg="odom_visualization" name="odom_visualization" type="odom_visualization" output="screen"><remap from="~odom" to="/visual_slam/odom"/><param name="color/a" value="1.0"/> <param name="color/r" value="0.0"/> <param name="color/g" value="0.0"/> <param name="color/b" value="0.0"/> <param name="covariance_scale" value="100.0"/> <param name="robot_scale" value="1.0"/><param name="tf45" value="true"/></node>
配置启动了一个名为odom_visualization
的节点,用于可视化视觉SLAM系统中的里程计数据,并配置了颜色、缩放、以及其他可视化相关的参数。
-
<node pkg="odom_visualization" name="odom_visualization" type="odom_visualization" output="screen">
- pkg=“odom_visualization”: 该节点属于
odom_visualization
包,用于可视化里程计数据。 - name=“odom_visualization”: 节点名称为
odom_visualization
。 - type=“odom_visualization”: 启动可执行文件名称为
odom_visualization
。 - output=“screen”: 输出显示在终端(屏幕)上。
- pkg=“odom_visualization”: 该节点属于
-
<remap from="~odom" to="/visual_slam/odom"/>
- ~odom: 节点接收的本地
odom
话题重映射到/visual_slam/odom
,该话题通常是视觉SLAM系统发布的里程计数据。
- ~odom: 节点接收的本地
-
<param name="color/a" value="1.0"/>
,<param name="color/r" value="0.0"/>
,<param name="color/g" value="0.0"/>
,<param name="color/b" value="0.0"/>
- color/a: 设置里程计可视化中颜色的透明度,值为
1.0
,表示完全不透明。 - color/r, color/g, color/b: 设置颜色的RGB值,分别为红(
r
)、绿(g
)、蓝(b
)。此处RGB值为(0, 0, 0),表示可视化物体为黑色。
- color/a: 设置里程计可视化中颜色的透明度,值为
-
<param name="covariance_scale" value="100.0"/>
- covariance_scale: 设置协方差的可视化比例,值为
100.0
,表示将协方差矩阵在可视化中按此比例放大。
- covariance_scale: 设置协方差的可视化比例,值为
-
<param name="robot_scale" value="1.0"/>
- robot_scale: 设置机器人模型的可视化缩放比例,值为
1.0
,即保持与实际尺寸相同。
- robot_scale: 设置机器人模型的可视化缩放比例,值为
-
<param name="tf45" value="true"/>
- tf45: 此参数设置为
true
,具体含义依赖于节点的实现,通常用于处理坐标变换或指定某些特殊的可视化模式。可能与坐标系变换TF
相关,比如应用一个45度的变换矩阵。
- tf45: 此参数设置为
2.6 pcl_render_node 本地感知
<node pkg="local_sensing_node" type="pcl_render_node" name="pcl_render_node" output="screen"><rosparam command="load" file="$(find local_sensing_node)/params/camera.yaml" /><param name="sensing_horizon" value="5.0" /><param name="sensing_rate" value="30.0"/><param name="estimation_rate" value="30.0"/><param name="map/x_size" value="$(arg map_size_x_)"/><param name="map/y_size" value="$(arg map_size_y_)"/><param name="map/z_size" value="$(arg map_size_z_)"/><remap from="~global_map" to="/map_generator/global_cloud"/><remap from="~odometry" to="$(arg odometry_topic)"/></node>
配置启动了一个名为pcl_render_node
的节点,属于local_sensing_node
包,主要用于本地感知,并处理从相机和里程计等传感器获得的数据,感知范围为5米,传感和估计的频率为30Hz。节点还加载了相机的配置文件,使用了重映射来处理全局地图和里程计数据。
-
<node pkg="local_sensing_node" type="pcl_render_node" name="pcl_render_node" output="screen">
- pkg=“local_sensing_node”: 该节点属于
local_sensing_node
包,通常用于本地感知和处理点云(PCL)。 - type=“pcl_render_node”: 启动可执行文件为
pcl_render_node
,用于渲染点云或进行相关的传感任务。 - name=“pcl_render_node”: 节点名称为
pcl_render_node
。 - output=“screen”: 输出信息显示在终端(屏幕)上。
- pkg=“local_sensing_node”: 该节点属于
-
<rosparam command="load" file="$(find local_sensing_node)/params/camera.yaml" />
- command=“load”: 加载指定的参数文件。
- file=“$(find local_sensing_node)/params/camera.yaml”: 从
local_sensing_node
包中的params
文件夹中加载camera.yaml
文件。这通常是相机相关的参数配置文件,如视角、分辨率等。
-
<param name="sensing_horizon" value="5.0" />
- sensing_horizon: 设置感知范围为
5.0
米,即传感器能感知的最大距离为5米。
- sensing_horizon: 设置感知范围为
-
<param name="sensing_rate" value="30.0"/>
- sensing_rate: 设置传感的频率为
30.0
Hz,表示传感器每秒采集30次数据。
- sensing_rate: 设置传感的频率为
-
<param name="estimation_rate" value="30.0"/>
- estimation_rate: 设置估计频率为
30.0
Hz,表示估计模块每秒处理30次数据(如位置、姿态估计)。
- estimation_rate: 设置估计频率为
-
<param name="map/x_size" value="$(arg map_size_x_)"/>
<param name="map/y_size" value="$(arg map_size_y_)"/>
<param name="map/z_size" value="$(arg map_size_z_)"/>
- map/x_size, map/y_size, map/z_size: 设置地图的尺寸,
x_size
、y_size
、z_size
分别表示地图在x
、y
、z
方向上的大小。这些参数通过外部传入(map_size_x_
,map_size_y_
,map_size_z_
)。
- map/x_size, map/y_size, map/z_size: 设置地图的尺寸,
-
<remap from="~global_map" to="/map_generator/global_cloud"/>
- ~global_map: 节点接收的本地
global_map
话题重映射为/map_generator/global_cloud
,通常这是一个全局的点云地图,用于本地传感器进行匹配或融合。
- ~global_map: 节点接收的本地
-
<remap from="~odometry" to="$(arg odometry_topic)"/>
- ~odometry: 节点接收的
odometry
(里程计)话题重映射为外部参数odometry_topic
指定的话题。这允许从不同的来源获取里程计数据,例如从视觉SLAM或IMU等模块。
- ~odometry: 节点接收的
3. 总结
- 经过topic整理,对于这么多节点在一起干了什么就清楚了很多,同时对于实飞情况下,应该注意哪些消息主题也就更加清楚了。
仿真消息主题:
- “/map_generator/global_cloud”
- “/visual_slam/odom”
- “/planning/pos_cmd”
四旋翼仿真消息主题:
- “so3_cmd”
- “force_disturbance”
- “moment_disturbance”
- “motors”
- “corrections”
- 仿真环境内部配置文件
so3_control:
- “config/gains_hummingbird.yaml”
- “config/corrections_hummingbird.yaml”
# Vision Gain for Hummingbird
gains:pos: {x: 2.0, y: 2.0, z: 3.5}vel: {x: 1.8, y: 1.8, z: 2.0}rot: {x: 1.0, y: 1.0, z: 0.3}ang: {x: 0.07, y: 0.07, z: 0.02}
corrections:z: 0.0r: 0.0p: 0.0
local_sensing_node:
- “params/camera.yaml”
cam_width: 640
cam_height: 480
cam_fx: 387.229248046875
cam_fy: 387.229248046875
cam_cx: 321.04638671875
cam_cy: 243.44969177246094
总的来说,如果不是研究模拟器的朋友,知道就可以,并不需要太过纠结!