ROS 的 move_base 模块介绍

1. 系统介绍

move_base 是 ROS 导航栈（navigation stack）的核心组件，负责将机器人的导航目标（如目标位置或路径）转化为具体的运动指令。它通过整合全局路径规划器（Global Planner）、局部路径规划器（Local Planner）和代价地图（Costmap）等功能模块，实现从起点到目标点的自主导航。

• 功能：

  • 接收导航目标（通过 move_base_simple/goal 话题或 Action 接口）。

  • 使用全局路径规划器计算从当前位置到目标位置的路径。

  • 使用局部路径规划器根据传感器数据实时调整路径。

  • 发布运动指令（通过 cmd_vel 话题）。

  • 提供恢复行为（Recovery Behaviors），以应对路径受阻等情况。

• 工作流程：

  1. 加载地图（通过 map_server）。

  2. 启动 move_base 节点，加载相关插件（如代价地图、路径规划器等）。

  3. 接收导航目标，全局路径规划器计算路径。

  4. 局部路径规划器根据传感器数据实时调整路径。

  5. 发布运动指令，驱动机器人移动。

2. 模块之间的关系

move_base 的架构基于插件机制，各个模块通过 ROS 的话题、服务和 Action 接口进行通信。以下是主要模块及其关系：

• 全局路径规划器（Global Planner）：

  • 负责计算从起点到目标点的全局路径。

  • 常见实现包括 navfn（基于 Dijkstra 算法）和 global_planner（支持多种算法）。

  • 将计算好的路径发送给局部路径规划器。

• 局部路径规划器（Local Planner）：

  • 根据全局路径和传感器数据（如激光雷达数据）实时调整路径。

  • 常见实现包括 dwa_local_planner（动态窗口方法）和 teb_local_planner（时间弹性带方法）。

  • 发布运动指令（如速度和方向）。

• 代价地图（Costmap）：

  • 用于表示环境中障碍物的分布。

  • 包括全局代价地图（描述全局环境）和局部代价地图（描述机器人周围的局部环境）。

  • 为路径规划器提供环境信息。

• 恢复行为（Recovery Behaviors）：

  • 当机器人遇到障碍物导致路径受阻时，执行恢复行为。

  • 常见行为包括清除代价地图中的障碍物信息（clear_costmap_recovery）和旋转以寻找新的路径（rotate_recovery）。

• TF（Transform）：

  • 提供坐标变换信息，用于将传感器数据和机器人的位置信息转换到统一的坐标系。

• AMCL（Adaptive Monte Carlo Localization）：

  • 提供机器人的全局定位信息（如 map->odom 的变换），帮助机器人确定自身在地图中的位置。

• map_server：

  • 提供地图数据，供全局路径规划器使用。

这些模块通过 ROS 的通信机制（如话题发布/订阅、服务调用和 Action 接口）紧密协作，共同完成机器人的导航任务。