多无人车协同探索开源包启动文件介绍（上）

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   在之前介绍的《多无人车协同探索开源包部署教程及常见报错解决方式》中运行多无人车协同探索时，先后运行了两个launch文件 multiple_tb3_house.launch 和three_robots.launch ，本文来进一步看一下这两个启动文件以及其调用的move_base .launch 和multi_tb3_mapmerge.launch 都做哪些操作以及如何根据自己的需要进行相应的修改。

   由于内容较多，拆分成（上）、（下）两篇博客，链接如下：

   多无人车协同探索开源包启动文件介绍（上）

   多无人车协同探索开源包启动文件介绍（下）

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   一、multiple_tb3_house.launch 详细介绍

   multiple_tb3_house.launch用于启动一个包含三个TurtleBot3机器人的多机器人系统，并在Gazebo仿真环境中运行。下面是对各个部分的详细解释：

1. 参数定义（Arguments）

<arg name="model" default="waffle_pi" doc="model type [burger, waffle, waffle_pi]"/>
<arg name="move_forward_only" default="false"/>
<arg name="configuration_basename" default="turtlebot3_lds_2d.lua"/>

• 这些<arg>元素定义了可以传递给启动文件的参数。
• model：指定机器人模型的类型（如burger、waffle或waffle_pi）。
• move_forward_only：一个布尔值参数，用于控制机器人是否只能前进（默认为false）。
• configuration_basename：用于配置机器人的激光雷达（Lidar）设置的Lua文件。

2. TurtleBot3机器人初始位姿配置

每个机器人都通过多个<arg>元素来定义其名称、位置和方向：

<arg name='third_tb3' default="tb3_0"/>
<arg name="third_tb3_x_pos" default=" 0.9"/>
<arg name="third_tb3_y_pos" default=" 3.3"/>
<arg name="third_tb3_z_pos" default=" 0.0"/>
<arg name="third_tb3_yaw"   default=" 0.0"/><arg name='first_tb3' default="tb3_1"/>
<arg name="first_tb3_x_pos" default="0.9"/>
<arg name="first_tb3_y_pos" default=" 1.7"/>
<arg name="first_tb3_z_pos" default=" 0.0"/>
<arg name="first_tb3_yaw"   default=" 0.0"/><arg name='second_tb3' default="tb3_2"/>
<arg name="second_tb3_x_pos" default=" 0.9"/>
<arg name="second_tb3_y_pos" default=" 2.5"/>
<arg name="second_tb3_z_pos" default=" 0.0"/>
<arg name="second_tb3_yaw"   default=" 0.0"/>

• 这些参数分别定义了三个机器人的名称和位置（x、y、z坐标）以及航向（yaw角度）。

-----------------------------------------------☆☆☆常改动参数☆☆☆-----------------------------------------------------

   这组参数用于设定机器人的初始位姿，是经常用到的需要修改的参数之一，下面动图的实例中，我将tb3_0机器人的初始位置的x和y坐标从0.9，3.3 改到了 5.9，1.3，可以看到该机器人的初始位置发生了改变

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3. Gazebo仿真环境配置

<include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch"><arg name="world_name" value="$(find ros_multi_tb3)/worlds/turtlebot3_house_mod.world"/><arg name="paused" value="false"/><arg name="use_sim_time" value="true"/><arg name="gui" value="false"/><arg name="headless" value="false"/><arg name="debug" value="false"/>
</include>

• 这一部分中的empty_world.launch文件，一般是默认的，会根据传递的参数自动启动 Gazebo 的服务器和客户端（gzserver 和 gzclient），不需要修该。
• world_name 用于启动Gazebo仿真环境并加载一个自定义的世界文件（turtlebot3_house_mod.world）。
• 启用了仿真时间（use_sim_time="true"），并且禁用了图形界面（gui="false"）。

-----------------------------------------------☆☆☆常改动参数☆☆☆-----------------------------------------------------

   这组参数中最常改动的参数是用于设定加载的仿真环境文件的world_name参数，下面动图的实例中，我将项目默认的仿真环境文件，换成了我之前创建的放在功能包racecar_description的worlds文件夹下的名为complex.world的文件，效果如下所示

下面的例子中将
<arg name="world_name" value="$(find ros_multi_tb3)/worlds/turtlebot3_house_mod.world"/>
改为了
<arg name="world_name" value="$(find racecar_description)/worlds/complex.world"/>

   这组参数中的gui参数有时候也需要根据需求进行修该，项目默认给定的值是false，这意味着 Gazebo 启动时不会显示图形界面（即使有 gzclient 启动）即看不到gazebo的界面，这样做主要是为了节省计算资源。如果你希望将 Gazebo 的可视化界面显示出来，应该将 gui 设置为 true

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4. 设定机器人模型和状态发布（每个机器人）

每个机器人都有一个<group>部分，包含以下几个关键组件：

 <group ns = "$(arg first_tb3)">

• URDF描述：加载机器人的描述文件（.xacro文件），定义机器人模型。

  <param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro $(find ros_multi_tb3)/urdf/turtlebot3_waffle_pi.urdf.xacro botname:=$(arg first_tb3)" />
  

• 机器人状态发布器：将机器人的状态信息（如关节状态）发布到ROS网络中。

  <node pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" name="robot_state_publisher" output="screen"><param name="publish_frequency" type="double" value="50.0" /><param name="tf_prefix" value="$(arg first_tb3)" />
  </node>
  

• 模型生成：在Gazebo中生成机器人模型，设置其位置（x、y、z）和航向（yaw）。

  <node name="spawn_urdf" pkg="gazebo_ros" type="spawn_model" args="-urdf -model $(arg first_tb3) -x $(arg first_tb3_x_pos) -y $(arg first_tb3_y_pos) -z $(arg first_tb3_z_pos) -Y $(arg first_tb3_yaw) -param robot_description" />
  

-----------------------------------------------☆☆☆关于命名空间ns☆☆☆-----------------------------------------------

   在 ROS (Robot Operating System) 中，ns 是命名空间 (namespace) 的缩写。它用于对 ROS系统中的节点、话题、参数等进行分组和命名。通过使用命名空间，可以避免在多机器人系统中出现命名冲突，使得每个机器人的资源可以独立管理。

xml <group ns = "$(arg first_tb3)">

上面这行代码表示将该 group 中的所有节点、参数等，都放入 first_tb3 命名空间内。作用如下：

（1） 避免命名冲突 在多机器人系统中，每个机器人可能有相同的资源（例如：cmd_vel、odom、base_footprint
等），这些资源的名字会冲突。使用命名空间可以确保每个机器人的话题、服务等在名称上是唯一的。例如：

• 对于机器人 tb3_0，cmd_vel 话题可能是 /tb3_0/cmd_vel
• 对于机器人 tb3_1，cmd_vel 话题可能是 /tb3_1/cmd_vel
  这样，即使它们的名字相同，命名空间的使用使得它们在 ROS 系统中是独立的。

（2） 自动为节点和话题加前缀 在 group 标签中使用 ns 后，ROS 会自动将该命名空间加到所有节点、话题、参数等的名称前缀。例如对第一个机器人而言：

• robot_state_publisher 的节点名称将是 /first_tb3/robot_state_publisher
• spawn_model 的模型名称将是 /first_tb3/spawn_model
• cmd_vel 话题的名称将是 /first_tb3/cmd_vel
• slam_gmapping 的参数 base_frame 会变成 /first_tb3/base_footprint
  这确保了不同机器人的节点和话题在系统中是独立的。

（3）参数和话题的作用域控制 命名空间也控制了参数和话题的作用域。比如说，当你发布一个话题或设置一个参数时，它会根据命名空间确定话题的前缀或者参数的路径，从而确保同一系统中的多个机器人不会干扰彼此。

  总的来说： ns 将该组节点、话题和参数放入一个特定的命名空间中，使得它们可以在多机器人系统中区分开来。通过命名空间的使用，可以避免话题、参数或节点名的冲突。

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-----------------------------------------------☆☆☆常改动参数☆☆☆-----------------------------------------------------

   这组参数中的robot_description参数用于设定加载机器人模型描述文件（.xacro文件），如果需要改用其他机器人模型，则需要对该参数进行修改

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5. SLAM（同步定位与建图）配置

对于每个机器人，都有一个gmapping节点来进行2D SLAM操作，并加载一个配置文件（gmapping_params.yaml），如果想要修改gmapping建图的相关参数，可以对gmapping_params.yaml文件进行修改

<node pkg="gmapping" type="slam_gmapping" name="turtlebot3_slam_gmapping" output="screen"><param name="base_frame" value="$(arg first_tb3)/base_footprint"/><param name="odom_frame" value="$(arg first_tb3)/odom"/><param name="map_frame"  value="$(arg first_tb3)/map"/><rosparam command="load" file="$(find ros_multi_tb3)/configuration/gmapping_params.yaml" />
</node>

6. 机器人运动控制（Move Base）

每个机器人都有一个move_base节点，用于运动规划和控制。它接收来自cmd_vel话题的指令，并在机器人的命名空间下操作，这里move_base节点是通过move_base.launch文件进行配置的，该部分内容将在第二部分中进行展开介绍：

<include file="$(find ros_multi_tb3)/launch/includes/move_base.launch"><arg name="model" value="$(arg model)" /><arg name="move_forward_only" value="$(arg move_forward_only)"/><arg name="cmd_vel_topic" value="/$(arg first_tb3)/cmd_vel"/><arg name="namespace" value="$(arg first_tb3)"/>
</include>

7. 地图合并

通过一个单独的启动文件（multi_tb3_mapmerge.launch）来合并所有机器人生成的地图，该部分内容将在本文第三部分中进行介绍，这里主要是将三个机器人的名字和初始位姿参数传入了multi_tb3_mapmerge.launch文件中。

<include file="$(find ros_multi_tb3)/launch/includes/multi_tb3_mapmerge.launch"><arg name="model" value="$(arg model)" /><arg name="move_forward_only" value="$(arg move_forward_only)"/><arg name="first_tb3" value="$(arg first_tb3)"/><arg name="second_tb3" value="$(arg second_tb3)"/><arg name="third_tb3" value="$(arg third_tb3)"/><arg name="first_tb3_x_pos" default="$(arg first_tb3_x_pos)"/><arg name="first_tb3_y_pos" default="$(arg first_tb3_y_pos)"/><arg name="first_tb3_z_pos" default="$(arg first_tb3_z_pos)"/><arg name="first_tb3_yaw"   default="$(arg first_tb3_yaw)"/><arg name="second_tb3_x_pos" default="$(arg second_tb3_x_pos)"/><arg name="second_tb3_y_pos" default="$(arg second_tb3_y_pos)"/><arg name="second_tb3_z_pos" default="$(arg second_tb3_z_pos)"/><arg name="second_tb3_yaw"   default="$(arg second_tb3_yaw)"/><arg name="third_tb3_x_pos" default="$(arg third_tb3_x_pos)"/><arg name="third_tb3_y_pos" default="$(arg third_tb3_y_pos)"/><arg name="third_tb3_z_pos" default="$(arg third_tb3_z_pos)"/><arg name="third_tb3_yaw"   default="$(arg third_tb3_yaw)"/>
</include>

8. TF（坐标变换）发布器

这一部分设置了不同坐标框架之间的静态变换（如从map框架到每个机器人本地map框架），用于对齐机器人的地图和坐标。

<node pkg="tf" type="static_transform_publisher" name="world_to_mergedmap_tf_broadcaster"  args="0.385 0.385 0 0 0 0 world map 20"/>
<!-- <node pkg="tf" type="static_transform_publisher" name="world_to_mergedmap_tf_broadcaster"  args="0 0 0 0 0 0 world map 100"/> -->
<node pkg="tf" type="static_transform_publisher" name="world_to_$(arg first_tb3)_tf_broadcaster"  args="0 0 0 0 0 0 /map /$(arg first_tb3)/map 20"/>
<node pkg="tf" type="static_transform_publisher" name="world_to_$(arg second_tb3)_tf_broadcaster" args="0 0 0 0 0 0 /map /$(arg second_tb3)/map 20"/>
<node pkg="tf" type="static_transform_publisher" name="world_to_$(arg third_tb3)_tf_broadcaster"  args="0 0 0 0 0 0 /map /$(arg third_tb3)/map 20"/>

-----------------------------------------------☆☆☆关于静态tf变换☆☆☆-----------------------------------------------

   这部分代码涉及到 ROS 中 static_transform_publisher 节点的使用，主要目的是发布静态变换（static transforms）以描述不同坐标框架之间的关系。具体来说，它们是在不同坐标系之间发布静态的位移和旋转信息，帮助 ROS 系统中的其他节点理解各个坐标系的相对位置。

下面对上面的四个变化逐个进行详细的解释 ：
（1） 发布全局坐标系到合并地图坐标系的静态变换 xml <node pkg="tf" type="static_transform_publisher" name="world_to_mergedmap_tf_broadcaster" args="0.385 0.385 0 0 0 0 world map 20"/>

• pkg="tf": 使用 tf 包中的 static_transform_publisher 类型节点。
• type="static_transform_publisher": 该节点负责发布静态坐标变换。
• name="world_to_mergedmap_tf_broadcaster": 节点的名称，用于标识该节点。
• args="0.385 0.385 0 0 0 0 world map 20": 这里的 args 参数表示发布的静态变换的具体参数：
  • 0.385 0.385 0: 变换的平移部分（x, y, z），即坐标系从 world 到 map 的平移位移。
  • 0 0 0: 变换的旋转部分（roll, pitch, yaw）。这里是零，表示没有旋转。
  • world: 源坐标系，即原始坐标系是 world。
  • map: 目标坐标系，变换之后的坐标系是 map。
  • 20: 发布变换的频率，表示每秒发布20次。

   这个节点的作用是将 world 坐标系变换到 map 坐标系，并且发布这个变换。这样，map 坐标系的位置和方向相对于 world 坐标系就明确了。

（2） 发布从 world 到 first_tb3 的静态变换 xml <node pkg="tf" type="static_transform_publisher" name="world_to_$(arg first_tb3)_tf_broadcaster" args="0 0 0 0 0 0 /map /$(arg first_tb3)/map 20"/>

• name="world_to_$(arg first_tb3)_tf_broadcaster": 这里，$(arg first_tb3) 表示将参数 first_tb3 的值插入到节点的名字中，生成一个动态的节点名称。假设 first_tb3
  的值为 tb3_0，那么节点的名称就是 world_to_tb3_0_tf_broadcaster。
• args="0 0 0 0 0 0 /map /$(arg first_tb3)/map 20": 变换的参数：
  • 0 0 0: 平移部分，表示没有位移（x, y, z）。
  • 0 0 0: 旋转部分，表示没有旋转（roll, pitch, yaw）。
  • /map: 源坐标系，即 map 坐标系。
  • /$(arg first_tb3)/map: 目标坐标系，通过 $(arg first_tb3) 动态生成目标坐标系的名称。例如，如果 first_tb3 是 tb3_0，那么目标坐标系就是 /tb3_0/map。
  • 20: 发布频率，20 次每秒。

   这个节点的作用是将全局 map 坐标系和 first_tb3 机器人（例如 tb3_0）的 map坐标系之间的变换信息进行广播。

（3） 发布从 world 到 second_tb3 的静态变换 xml <node pkg="tf" type="static_transform_publisher" name="world_to_$(arg second_tb3)_tf_broadcaster" args="0 0 0 0 0 0 /map /$(arg second_tb3)/map 20"/> 这一行与上面相似，只是目标坐标系变成了 second_tb3（例如 tb3_1）。具体来说，它的作用是发布 world 坐标系到 tb3_1 的 map 坐标系之间的变换信息。

（4） 发布从 world 到 third_tb3 的静态变换 xml <node pkg="tf" type="static_transform_publisher" name="world_to_$(arg third_tb3)_tf_broadcaster" args="0 0 0 0 0 0 /map /$(arg third_tb3)/map 20"/> 这行代码与上面两行类似，只不过是用于发布从 world 到 third_tb3（例如 tb3_2）的 map 坐标系之间的变换信息。

  总的来说：这部分代码通过 static_transform_publisher 节点定义了三个静态变换，将全局 world 坐标系与多个机器人（tb3_0、tb3_1、tb3_2）的 map 坐标系之间的关系进行发布。每个变换节点都会发布其坐标系之间的平移和旋转关系（在本例中都是零旋转，零平移），帮助其他节点理解不同坐标系之间的相对位置。这些静态变换对于多机器人系统尤为重要，可以帮助系统中的各个部分正确地理解彼此的位置，尤其是在使用如 slam_gmapping、move_base 等节点时，坐标系转换是很关键的一部分。

9. RViz可视化

最后，启动RViz来进行机器人环境、地图和传感器数据的可视化：

<node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz" required="true"args="-d $(find ros_multi_tb3)/rviz/multi_tb3_gmapping.rviz"/>

-----------------------------------------------☆☆☆常改动参数☆☆☆-----------------------------------------------------

   这里的multi_tb3_gmapping.rviz设定了打开的rviz界面的相关配置，如果想要更改配置，可以在rviz界面修该后，保存更新该文件，或者生成新的配置文件，并在这里修改文件名和路径。

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