Из-за точности, необходимой в различных областях, таких как сельское хозяйство, археология и транспорт, лазеры часто используются для таких целей, как предотвращение препятствий, построение карты или даже автономное навигация.

Давайте посмотрим на LiDAR, как они работают и как вы можете использовать их для создания 2D-карты вашего пространства.

Вещи, которые вам понадобятся для сканирования вашей комнаты

Ниже приведены предварительные условия для создания 2D-карты вашей комнаты:

  • Ноутбук или ПК с Ubuntu Server
  • установка РОС
  • Лидар

Что такое лидар?

LiDAR, или Light Detection and Ranging, его также можно найти под другим названием, LADAR (Laser Detection and Ranging). Ranging) технология активного дистанционного зондирования, которая измеряет расстояние с помощью света в виде импульсного лазер. Технология работает, освещая цель оптическим импульсом и измеряя характеристики отраженного обратного сигнала.

Система измеряет время возвращения луча. В общем, это дальномер. Ширина оптического импульса может варьироваться от нескольких наносекунд до нескольких микросекунд, и он может воздействовать на различные материалы.

instagram viewer

Подключение системы и сбор данных с помощью лазера

В этом случае будет использоваться RPLIDAR A1, недорогой датчик LiDAR, подходящий для роботизированных приложений внутри помещений. Он имеет поле сканирования на 360 градусов, частоту вращения 5,5 Гц / 10 Гц и дальность действия 8 метров. LiDAR имеет систему сканера дальности, двигательную систему, а также интерфейс связи (последовательный порт/USB).

Система измеряет данные о расстоянии более 2000 раз в секунду и выводит данные о расстоянии с высоким разрешением. Следовательно, для обработки и визуализации данных требуется использование нескольких инструментов. Например, вы можете использовать инструмент SlamTech RoboStudio или пакет, предоставленный ROS.

Почему РОС?

РОС (Robot Operating System) — это программное обеспечение, используемое глобальным сообществом любителей робототехники с открытым исходным кодом, стремящимся улучшить и сделать роботов доступными для всех. Первоначально он был разработан Эриком Бергером и Кинаном Вайробеком в Стэнфордском университете. ROS также позволяет визуализировать данные датчиков, создавать интерфейсы и использовать такие инструменты, как Rviz и механизм моделирования Gazebo.

С ROS вы сможете легко разделить свой код на пакеты, содержащие небольшие программы, называемые узлами. Эти узлы связаны через темы, по которым они отправляют и получают сообщения.

В этом проекте вы будете использовать rplidar_ros, пакет ROS, специально разработанный для сбора данных LiDAR. Пакет hector_slam будет использоваться позже для создания карты.

Шаг 1: Установка ROS

После установка убунту сервера, откройте терминал и выполните следующую команду, чтобы убедиться, что ваш индекс пакетов Debian обновлен. Разница между обновлением и обновлением уже покрыто.

Судо подходит Обновить

Следующим шагом является установка ROS.

Судо подходит установить ros-noetic-desktop-полный

Вы можете протестировать ROS, запустив розочка, что послужит доказательством правильной установки.

розочка

Шаг 2. Получение первого сканирования

Сначала выполните следующую команду, чтобы установить rplidar_ros упаковка:

Судо подходитполучить установить ros-noetic-rplidar-ros

rplidar_ros Пакет включает в себя сценарии и файлы запуска, необходимые для получения и визуализации данных сканирования LiDAR.

После того, как вы закончите свое программное обеспечение, подключите LiDAR к компьютеру через порт USB. LiDAR начнет вращаться, но не будет излучать лазер, если вы не выполните следующую команду, которая вызывает файл запуска ROS.

росланчrplidar_rosрплидар.запуск

Запустив эту команду, вы можете увидеть отраженные расстояния, которые публикуются в теме под названием /scan.

ростопический эхо /scan

Вы должны увидеть представление необработанных данных лазерного сканирования в своем терминале:

Чтобы визуализировать эти данные, откройте другой терминал, не закрывая другой работающий терминал, который получает данные с лазерного сканера, и запустите Рвиз, инструмент визуализации.

росрун рвиз рвиз

Изменить Фиксированная рамка к Лазер, затем нажмите добавлять кнопку в левом нижнем углу окна и выберите Лазерное сканирование. Наконец, установите тему LaserScan на /scan, и вы сможете увидеть свое сканирование LiDAR в реальном времени.

Если у вас возникли проблемы с получением первого сканирования, это может быть связано с тем, что ваше устройство не авторизовано для передачи данных через последовательный порт. Чтобы исправить это, выполните следующую команду, а затем продолжите выполнение предыдущих шагов.

судо chmod 777 /dev/ttyUSB0

Шаг 3: Запустите сопоставление

После того, как вы протестировали свой LiDAR и убедились, что он работает правильно, следующим шагом будет начать сканирование интересующей вас области. Для этого вам понадобится дополнительный пакет под названием Hector Slam (где «Slam» означает «Одновременная локализация и сопоставление»).

Как и прежде, выполните следующую команду, чтобы установить этот пакет:

Судо подходитполучить установить ros-noetic-hector-slam

Перед запуском сканирования измените несколько параметров, как показано ниже. Найдите tutorial.launch в пакете hector_slam, используя роскд команда.

roscd hector_slam_launch

Команда нано позволит вам открыть файл и отредактировать его.

наноруководство.запуск

Вы можете столкнуться разрешение файла Linux ошибка, которая может быть решена этой командой:

судоchmod 777 руководство.запуск

Вот пример выполнения:

Следующим шагом будет изменение строк, как показано ниже:

Последний шаг — выполнить эту строку.

росланчhector_slamруководство.запуск

Начните медленно перемещать LiDAR по комнате для достижения наилучших результатов, потому что создание карт наиболее эффективно при медленном движении. Вы можете включить свою траекторию и поэкспериментировать с настройками лазерного сканирования.

Вы можете использовать внутренний SLAM для сканирования всего дома с помощью ноутбука и LiDAR, как показано на видео ниже. Результаты можно улучшить, интегрировав дополнительные датчики, а затем объединив данные из обоих источников.

Шаг 4: Сохранение и редактирование карты

После завершения сканирования выполните следующую команду, чтобы сохранить карту:

Системная команда rostopic pub std_msgs/String "сохранить"

В этом сценарии имиджмагик можно использовать для преобразования карты в файл изображения PNG, запустите обе эти команды, чтобы завершить установку и преобразование.

Судо подходитполучить установить imagemagick
конвертироватьотсканированная карта.pgmМояPngMap.png

Получите больше пользы от LiDAR

Используя LiDAR и ПК, вы смогли выполнить 2D-сканирование. Вы можете улучшить свое сканирование, добавив камеру глубины, такую ​​как Kinect, и интегрировав два типа собираемых данных.

Эту же технологию можно найти в некоторых моделях iPhone и iPad высокого класса, где LiDAR встроен в камеру. модуль на задней панели устройства, позволяющий разрабатывать 3D-карты, измерять расстояния и использовать дополненную реальность Приложения.