Vzhľadom na presnosť vyžadovanú v rôznych oblastiach, ako je poľnohospodárstvo, archeológia a doprava, lasery sa často používajú na účely, ako je vyhýbanie sa prekážkam, vytváranie máp alebo dokonca autonómne navigácia.

Pozrime sa na LiDARy, ako fungujú a ako ich môžete použiť na vytvorenie 2D mapy vášho priestoru.

Veci, ktoré budete potrebovať na skenovanie svojej izby

Nasledujúce predpoklady na vytvorenie 2D mapy vašej izby sú:

  • Notebook alebo PC so serverom Ubuntu
  • Inštalácia ROS
  • LiDAR

Čo je LiDAR?

LiDAR, alebo Light Detection and Ranging, možno ho nájsť aj pod iným názvom, LADAR (Laser Detection and Ranging) aktívna technológia diaľkového snímania, ktorá meria vzdialenosť pomocou svetla vo forme impulzu laser. Technológia funguje tak, že vyžaruje optický impulz na cieľ a meria charakteristiky odrazeného spätného signálu.

Systém meria čas, za ktorý sa lúč vráti. Vo všeobecnosti je to merač vzdialenosti. Šírka optického impulzu sa môže pohybovať od niekoľkých nanosekúnd do niekoľkých mikrosekúnd a môže sa zamerať na rôzne materiály.

instagram viewer

Systémové pripojenie a laserový zber dát

V tomto prípade bude použitý RPLIDAR A1, lacný LiDAR senzor vhodný pre vnútorné robotické aplikácie. Má 360-stupňové skenovacie pole, rotačnú frekvenciu 5,5 Hz/10 Hz a vzdialenosť rangera je 8 metrov. LiDAR má systém snímania dosahu, motorový systém, ako aj komunikačné rozhranie (sériový port/USB).

Systém meria údaje o vzdialenosti viac ako 2000-krát za sekundu a s vysokým rozlíšením výstupu vzdialenosti. V dôsledku toho si vyžaduje použitie niekoľkých nástrojov na spracovanie a vizualizáciu údajov. Môžete napríklad použiť nástroj SlamTech RoboStudio alebo dodaný balík ROS.

Prečo ROS?

ROS (Robot Operating System) je softvér používaný globálnou open-source komunitou nadšencov robotiky, ktorí sa venujú zlepšovaniu a sprístupneniu robotov všetkým. Pôvodne ho vyvinuli Eric Berger a Keenan Wyrobek na Stanfordskej univerzite. ROS vám tiež umožňuje vizualizovať dáta senzorov, vytvárať rozhrania a používať nástroje ako Rviz a simulačný engine Gazebo.

S ROS budete môcť jednoducho rozdeliť svoj kód do balíkov obsahujúcich malé programy, nazývané uzly. Tieto uzly sú prepojené prostredníctvom tém, cez ktoré odosielajú a prijímajú správy.

V tomto projekte budete používať rplidar_ros, balík ROS, ktorý je špeciálne navrhnutý na zber údajov LiDAR. Balík hector_slam sa neskôr použije na tvorbu mapy.

Krok 1: Inštalácia ROS

Po inštalácia servera Ubuntu, otvorte svoj terminál a spustite nasledujúci príkaz, aby ste sa uistili, že váš index balíkov Debian je aktuálny. Rozdiel medzi aktualizáciou a aktualizáciou už bola pokrytá.

sudo apt aktualizovať

Nasledujúcim krokom je inštalácia ROS.

sudo apt Inštalácia ros-noetic-desktop-plný

ROS môžete otestovať spustením roscore, ktorý bude slúžiť ako doklad o správnej inštalácii.

roscore

Krok 2: Získanie prvého skenovania

Najprv spustite nasledujúci príkaz na inštaláciu rplidar_ros balík:

sudo apt-dostať nainštalovať ros-noetic-rplidar-ros

The rplidar_ros balík obsahuje skripty a spúšťacie súbory potrebné na získanie a vizualizáciu dát skenovania LiDAR.

Po dokončení softvéru pripojte LiDAR k počítaču cez port USB. LiDAR sa začne otáčať, ale nebude vyžarovať žiadny laser, pokiaľ nespustíte nasledujúci príkaz, ktorý volá spúšťací súbor ROS.

roslaunchrplidar_rosrplidar.spustiť

Spustením tohto príkazu môžete vidieť odrazené vzdialenosti, ktoré sú zverejnené v téme s názvom /scan.

rostop ozvena /scan

Vo vašom termináli by ste mali vidieť znázornenie nespracovaných údajov laserového skenovania:

Ak chcete tieto údaje zobraziť, otvorte ďalší terminál, pričom dbajte na to, aby ste nezatvorili druhý spustený terminál, ktorý načítava údaje z laserového skenera, a spustite Rviz, vizualizačný nástroj.

rosrun rviz rviz

Zmeniť Pevný rám do Lasera potom kliknite na pridať v ľavom dolnom rohu okna a vyberte LaserScan. Nakoniec nastavte tému LaserScan na /scana budete môcť vidieť svoje skenovanie LiDAR v reálnom čase.

Ak máte problémy so získaním prvého skenovania, môže to byť spôsobené tým, že vaše zariadenie nie je autorizované na prenos údajov cez sériový port. Ak to chcete vyriešiť, spustite nasledujúci príkaz a potom pokračujte podľa predchádzajúcich krokov.

sudo chmod 777 /dev/ttyUSB0

Krok 3: Spustite mapovanie

Potom, čo ste svoj LiDAR otestovali a potvrdili, že funguje správne, ďalším krokom je začať skenovať oblasť záujmu. Na to budete potrebovať dodatočný balík s názvom Hector Slam (kde „Slam“ znamená „Simultánna lokalizácia a mapovanie“).

Ako predtým, spustite nasledujúci príkaz, aby ste nainštalovali tento balík:

sudo apt-dostať nainštalovať ros-noetic-hector-slam

Pred spustením skenovania zmeňte niekoľko parametrov, ako je uvedené nižšie. Vyhľadajte tutorial.launch v balíku hector_slam pomocou roscd príkaz.

roscd hector_slam_launch

Príkaz nano vám umožní otvoriť súbor a upraviť ho.

nanotutoriál.spustiť

Môžete sa stretnúť povolenie súboru Linux chyba, ktorú možno vyriešiť týmto príkazom:

sudochmod 777 tutoriál.spustiť

Tu je ukážka vykonania:

Ďalším krokom je zmena riadkov, ako je uvedené nižšie:

Posledným krokom je vykonanie tohto riadku.

roslaunchhector_slamtutoriál.spustiť

Začnite pomaly presúvať svoj LiDAR po miestnosti, aby ste dosiahli čo najlepšie výsledky, pretože vytváranie máp je najúčinnejšie, keď sa pohybujete pomaly. Môžete zapnúť svoju trajektóriu a experimentovať s nastaveniami laserového skenovania.

Vnútorný SLAM môžete použiť na skenovanie celého domu pomocou notebooku a LiDAR, ako je znázornené na videu nižšie. Výsledky možno zlepšiť integráciou ďalších senzorov a následným spojením údajov z oboch zdrojov.

Krok 4: Uloženie a úprava mapy

Po dokončení skenovania spustite nasledujúci príkaz, aby ste mapu uložili:

rostopic pub syscommand std_msgs/String "savegeotiff"

V tomto scenári imagemagick možno použiť na konverziu mapy na obrazový súbor PNG, spustite oba tieto príkazy na dokončenie inštalácie a konverzie.

sudo apt-dostať nainštalovať imagemagick
konvertovaťnaskenovaná mapa.pgmMyPngMap.png

Využite LiDAR viac

Pomocou LiDAR a PC ste mohli vykonať 2D skenovanie. Svoje skenovanie môžete vylepšiť pridaním hĺbkovej kamery, ako je napríklad Kinect, a integráciou dvoch typov zhromaždených údajov.

Rovnakú technológiu možno nájsť v niektorých špičkových modeloch iPhone a iPad, kde je LiDAR integrovaný do fotoaparátu modul na zadnej strane zariadenia, ktorý umožňuje vývoj 3D máp, meranie vzdialenosti a rozšírenú realitu aplikácie.