Eri aloilla, kuten maataloudessa, arkeologiassa ja liikenteessä vaadittavan tarkkuuden ansiosta lasereita käytetään usein esimerkiksi esteiden välttämiseen, karttojen rakentamiseen tai jopa autonomisiin tarkoituksiin navigointi.

Katsotaanpa LiDAReja, niiden toimintaa ja kuinka voit käyttää niitä luomaan 2D-kartan tilastasi.

Asiat, joita tarvitset huoneesi skannaamiseen

Seuraavat ovat edellytykset 2D-kartan luomiseen huoneestasi:

  • Kannettava tietokone tai PC, jossa on Ubuntu Server
  • ROS asennus
  • LiDAR

Mikä on LiDAR?

LiDAR tai Light Detection and Ranging, Se löytyy myös toisella nimellä LADAR (Laser Detection and Ranging Ranging) aktiivinen kaukokartoitustekniikka, joka mittaa etäisyyttä käyttämällä valoa pulssin muodossa laser. Tekniikka toimii valaisemalla optinen pulssi kohteeseen ja mittaamalla heijastuneen paluusignaalin ominaisuuksia.

Järjestelmä mittaa aikaa, jonka säde palaa. Yleensä se on etäisyysmittari. Optisen pulssin leveys voi vaihdella muutamasta nanosekunnista useisiin mikrosekunteihin, ja se voi kohdistaa monenlaisiin materiaaleihin.

Järjestelmäyhteys ja lasertiedonkeruu

Tässä tapauksessa käytetään RPLIDAR A1:tä, edullista LiDAR-anturia, joka soveltuu sisärobottisovelluksiin. Siinä on 360 asteen pyyhkäisykenttä, 5,5 Hz/10 Hz pyörimistaajuus ja 8 metrin etäisyys. LiDARissa on etäisyysskannerijärjestelmä, moottorijärjestelmä sekä tiedonsiirtoliitäntä (sarjaportti/USB).

Järjestelmä mittaa etäisyystietoja yli 2000 kertaa sekunnissa ja korkearesoluutioisella etäisyyslähdöllä. Näin ollen se vaatii useiden työkalujen käyttöä tietojen käsittelyyn ja visualisointiin. Voit esimerkiksi käyttää SlamTech RoboStudio -työkalua tai ROS: n toimittamaa pakettia.

Miksi ROS?

ROS (Robot Operating System) on ohjelmisto, jota käyttää globaali avoimen lähdekoodin robotiikan harrastajien yhteisö, joka on sitoutunut parantamaan ja tuomaan robotteja kaikkien saataville. Sen kehittivät alun perin Eric Berger ja Keenan Wyrobek Stanfordin yliopistossa. ROS: n avulla voit myös visualisoida anturitietoja, luoda käyttöliittymiä ja käyttää työkaluja, kuten Rviz ja Gazebo-simulaatiomoottori.

ROS: n avulla voit helposti erottaa koodisi paketteiksi, jotka sisältävät pieniä ohjelmia, joita kutsutaan solmuiksi. Nämä solmut ovat yhteydessä aiheisiin, joiden kautta ne lähettävät ja vastaanottavat viestejä.

Tässä projektissa käytät rplidar_rosia, ROS-pakettia, joka on suunniteltu erityisesti LiDAR-tietojen keräämiseen. Hector_slam-pakettia käytetään myöhemmin karttojen luomiseen.

Vaihe 1: ROS-asennus

Jälkeen Ubuntu Serverin asentaminen, avaa pääte ja suorita seuraava komento varmistaaksesi, että Debian-pakettihakemistosi on ajan tasalla. Ero päivityksen ja päivityksen välillä on jo katettu.

sudo apt päivittää

Seuraava vaihe on asentaa ROS.

sudo apt Asentaa ros-noetic-desktop-koko

Voit testata ROS: ää suorittamalla roscore, joka toimii todisteena asianmukaisesta asennuksesta.

roscore

Vaihe 2: Ensimmäinen skannaus

Suorita ensin seuraava komento asentaaksesi rplidar_ros paketti:

sudo apt-saada asenna ros-noetic-rplidar-ros

The rplidar_ros Paketti sisältää komentosarjat ja käynnistystiedostot, joita tarvitaan LiDAR-skannaustietojen hankkimiseen ja visualisointiin.

Kun ohjelmisto on valmis, liitä LiDAR tietokoneeseesi USB-portin kautta. LiDAR alkaa pyöriä, mutta se ei lähetä laseria, ellet suorita seuraavaa komentoa, joka kutsuu ROS-käynnistystiedoston.

roslaunchrplidar_rosrplidar.tuoda markkinoille

Suorittamalla tämän komennon näet heijastuneet etäisyydet, jotka on julkaistu /scan-nimisessä aiheessa.

rostopic kaiku /scan

Sinun pitäisi nähdä esitys käsittelemättömästä laserskannausdatasta päätteessäsi:

Jos haluat visualisoida tiedot, avaa toinen pääte, varmista, että et sulje toista käynnissä olevaa päätelaitetta, joka hakee tietoja laserskannerista, ja käynnistä Rviz, visualisointityökalu.

rosrun rviz rviz

Muuta Kiinteä kehys to Laserja napsauta sitten lisätä -painiketta ikkunan vasemmassa alakulmassa ja valitse LaserScan. Aseta lopuksi LaserScan-aiheeksi /scan, ja voit nähdä reaaliaikaisen LiDAR-skannauksen.

Jos sinulla on vaikeuksia saada ensimmäistä skannausta, se voi johtua siitä, että laitteellasi ei ole valtuuksia lähettää tietoja sarjaportin kautta. Voit korjata tämän suorittamalla seuraavan komennon ja jatkamalla sitten edellisiin vaiheisiin.

sudo chmod 777 /dev/ttyUSB0

Vaihe 3: Käynnistä Mapping

Kun olet testannut LiDAR-laitteen ja varmistanut, että se toimii oikein, seuraava vaihe on aloittaa kiinnostavan alueen skannaus. Tätä varten tarvitset lisäpaketin nimeltä Hector Slam (jossa "Slam" tarkoittaa "Simultaneous localization and mapping").

Kuten aiemmin, suorita seuraava komento asentaaksesi paketin:

sudo apt-saada asenna ros-noetic-hector-slam

Ennen tarkistuksen suorittamista muuta muutama parametri alla kuvatulla tavalla. Etsi tutorial.launch hector_slam-paketista käyttämällä roscd komento.

roscd hector_slam_launch

Käsky nano antaa sinun avata tiedoston ja muokata sitä.

nanoopetusohjelma.tuoda markkinoille

Saatat kohdata Linux-tiedoston käyttöoikeus virhe, joka voidaan ratkaista tällä komennolla:

sudochmod 777 opetusohjelma.tuoda markkinoille

Tässä on esimerkki toteutuksesta:

Seuraava vaihe on vaihtaa rivit alla olevan kuvan mukaisesti:

Viimeinen vaihe on tämän rivin suorittaminen.

roslaunchhector_slamopetusohjelma.tuoda markkinoille

Aloita LiDARin siirtäminen hitaasti huoneessasi saadaksesi parhaat tulokset, koska karttojen luominen on tehokkainta, kun liikut hitaasti. Voit ottaa lentoradan käyttöön ja kokeilla laserskannausasetuksia.

Voit käyttää sisätilojen SLAMia skannaamaan koko talon kannettavalla tietokoneella ja LiDAR-laitteella alla olevan videon mukaisesti. Tuloksia voidaan parantaa integroimalla lisäantureita ja yhdistämällä sitten molemmista lähteistä saadut tiedot.

Vaihe 4: Kartan tallentaminen ja muokkaaminen

Suorita seuraava komento, kun olet lopettanut skannauksen tallentaaksesi kartan:

rostopic pub syscommand std_msgs/String "pelasta geotiff"

Tässä skenaariossa imagemagick voidaan käyttää kartan muuntamiseen PNG-kuvatiedostoksi, suorita molemmat komennot suorittaaksesi asennuksen ja muuntamisen loppuun.

sudo apt-saada asenna imagemagick
muuntaaskannattu kartta.pgmMyPngMap.png

Hyödynnä LiDARia enemmän

Pystyit suorittamaan 2D-skannauksen käyttämällä LiDAR-laitetta ja tietokonetta. Voit parantaa skannaustasi lisäämällä syvyyskameran, kuten Kinectin, ja integroimalla kahden tyyppiset kerätyt tiedot.

Sama tekniikka saattaa löytyä joistakin huippuluokan iPhone- ja iPad-malleista, joissa LiDAR on integroitu kameraan laitteen takana oleva moduuli, joka mahdollistaa 3D-karttojen kehittämisen, etäisyysmittauksen ja lisätyn todellisuuden sovellukset.