AIロボット入門2022：第4章3節 SLAM

拙著「ROS2とPythonで作って学ぶAIロボット入門」（講談社）を授業で使用する場合の講義資料のたたき台です．

今回は，SLAMを使って地図を作成します．教科書 [第４章ナビゲーション] の[4.3.８節 ROS2での地図作成法 (p.123)]に相当します．

ROS2 Foxyの標準SLAMパッケージはslam_toolboxです．この使い方についてざっと学びます．詳しい使い方は参考リンクをご覧ください．

１．準　備（この本のDockerイメージを使う場合は作業不用）

Navigation2のインストール
- sudo apt -y install ros-foxy-navigation2
- sudo apt -y install ros-foxy-nav2-bringup
slam_toolboxのインストール
- sudo apt -y install ros-foxy-slam-toolbox

２．シミュレータの起動

端末を開き，次のコマンドでGazeboシミュレータを起動しましょう．ここでは，Turtlebot3 House環境を使います．

export TURTLEBOT3_MODEL=happy_mini
ros2 launch turtlebot3_gazebo turtlebot3_house.launch.py

３．Slam_toolboxノードの起動

slam_toolboxにはasync_slam_toolbox_nodeとsync_slam_toolbox_nodeの2種類があります．ロボットを動かしながらリアルタイムで地図を作成するときはasync_slam_toolbox_nodeノード，rosbag2などで保存したセンサデータから品質の高い地図を作成するときはsync_slam_toolbox_nodeノードを使います．

実際にコマンドを実行するときはローンチファイルを使います．リアルタイム（オンライン）で地図を生成するときはonline_async_launch.py，オフラインで品質の高い地図を作るときはoffline_launch.pyを使います．

端末をもう１つ開き３分割します．上段の端末で次のコマンドを実行してasync_slam_toolbox_nodeを起動します．

export TURTLEBOT3_MODEL=happy_mini
ros2 launch slam_toolbox online_async_launch.py

４．遠隔操作ノードの起動

ロボットをキー操作により制御するために，中段の端末でコマンドを入力し，遠隔操作ノードを起動しましょう．

export TURTLEBOT3_MODEL=happy_mini
ros2 run turtlebot3_teleop teleop_keyboard

５．Rviz2の起動

地図の生成をリアルタイムで見るためにRviz2を起動します．下段の端末に次を入力します．地図情報は/mapトピックで送られてきます．

rviz2

そのままでは地図が表示されないので，左下の[Add]をクリックして，Mapを選択して，そのTopic名を”/map”とすると下図のように地図が表示されます．

遠隔操作ノードのキー操作により部屋を移動させると地図がどんどん生成されます．地図の生成にはLIDARの情報が使われます．コツとしては，ところどころでロボットを１回転させて部屋全体の情報をLIDARで取得することです．

６．地図の保存

キー操作によりロボットを動かし環境の地図を作成できたら，次のコマンドで地図を保存しましょう．キー操作によりロボットを動かし環境の地図を作成できたら，次のコマンドで地図を保存しましょう．”-f”のオプションで地図名をします．
この例では~/mapとしたのでホームディレクトリ(~はホームディレクトリの意味）にmap.pgmとmap.yamlが保存されます．なお，既に同じファイル名がある場合は，上書きされずにtimeoutと表示されてエラーになるので注意してください．