ros中自定义全局规划器python

时间: 2025-03-14 11:07:50 浏览: 10

在 ROS 中用 Python 编写自定义全局路径规划器

要在 ROS 中使用 Python 开发一个自定义的全局路径规划器,可以按照以下方法进行设计和实现。以下是详细的说明以及示例代码。

1. 创建 ROS 节点

首先需要创建一个新的 ROS 节点来承载全局路径规划的功能。可以通过 rospy 库完成这一操作[^1]。

import rospy
from nav_msgs.msg import Path, OccupancyGrid
from geometry_msgs.msg import PoseStamped
from std_srvs.srv import Empty

def global_path_planner():
    rospy.init_node('global_path_planner', anonymous=True)

    # 订阅地图消息
    map_subscriber = rospy.Subscriber('/map', OccupancyGrid, map_callback)
    
    # 发布路径消息
    path_publisher = rospy.Publisher('/planned_path', Path, queue_size=10)
    
    # 提供服务接口用于触发路径重新规划
    recompute_service = rospy.Service('~recompute_path', Empty, handle_recompute_request)

    rate = rospy.Rate(10)  # 设置循环频率为每秒10次
    while not rospy.is_shutdown():
        rate.sleep()

if __name__ == '__main__':
    try:
        global_path_planner()
    except rospy.ROSInterruptException:
        pass

2. 实现路径规划逻辑

在上述代码中提到的地图回调函数 (map_callback) 和服务处理函数 (handle_recompute_request) 需要进一步完善以支持实际的路径规划算法[^3]。

地图回调函数

此函数接收来自 /map 主题的消息并存储地图数据以便后续路径规划使用:

current_map = None

def map_callback(data):
    global current_map
    current_map = data
处理路径重新计算请求的服务函数

当接收到重新计算路径的请求时,调用具体的路径规划算法生成新的路径,并通过主题发布出去:

def handle_recompute_request(req):
    if current_map is None:
        rospy.logwarn("Map has not been received yet!")
        return []

    start_pose = get_start_pose()  # 获取起始位置
    goal_pose = get_goal_pose()   # 获取目标位置
    
    planned_path = compute_global_path(start_pose, goal_pose, current_map)
    publish_path(planned_path)
    return []

3. 定义路径规划的具体算法

这里可以选择任何适合的路径规划算法(如 A* 或 Dijkstra),下面是一个基于 A* 的简单实现例子[^5]:

def compute_global_path(start, goal, grid_map):
    open_set = set([start])
    closed_set = set()
    g_score = {start: 0}
    f_score = {start: heuristic_cost_estimate(start, goal)}
    came_from = {}

    while open_set:
        current = min(open_set, key=lambda node: f_score[node])

        if current == goal:
            return reconstruct_path(came_from, current)

        open_set.remove(current)
        closed_set.add(current)

        for neighbor in neighbors(grid_map, current):
            if neighbor in closed_set:
                continue
            
            tentative_g_score = g_score[current] + dist_between(current, neighbor)

            if neighbor not in open_set or tentative_g_score < g_score.get(neighbor, float('inf')):
                came_from[neighbor] = current
                g_score[neighbor] = tentative_g_score
                f_score[neighbor] = g_score[neighbor] + heuristic_cost_estimate(neighbor, goal)
                
                if neighbor not in open_set:
                    open_set.add(neighbor)

    return []  # 如果无法找到路径,则返回空列表表示失败

辅助函数如下所示:

def heuristic_cost_estimate(a, b):
    (xa, ya), (xb, yb) = a, b
    return abs(xa - xb) + abs(ya - yb)

def dist_between(a, b):
    (xa, ya), (xb, yb) = a, b
    return ((xa - xb)**2 + (ya - yb)**2)**0.5

def neighbors(map_data, pos):
    directions = [(0, 1), (1, 0), (-1, 0), (0, -1)]
    result = []
    width = map_data.info.width
    height = map_data.info.height
    origin_x = map_data.info.origin.position.x
    origin_y = map_data.info.origin.position.y
    resolution = map_data.info.resolution

    x, y = pos
    for dx, dy in directions:
        nx, ny = x + dx, y + dy
        index = int((ny * resolution + origin_y) / resolution * width + (nx * resolution + origin_x) / resolution)
        
        if 0 <= nx < width and 0 <= ny < height and map_data.data[index] != 100:
            result.append(((nx, ny)))
    return result

def reconstruct_path(came_from, current):
    total_path = [current]
    while current in came_from.keys():
        current = came_from[current]
        total_path.insert(0, current)
    return total_path

4. 发布路径消息

最后一步是将计算得到的路径转换成标准的 ROS 消息格式并通过指定的主题发布出来:

def publish_path(path_points):
    msg = Path()
    msg.header.frame_id = 'map'
    msg.header.stamp = rospy.Time.now()

    for point in path_points:
        pose_msg = PoseStamped()
        pose_msg.pose.position.x = point[0] * current_map.info.resolution + current_map.info.origin.position.x
        pose_msg.pose.position.y = point[1] * current_map.info.resolution + current_map.info.origin.position.y
        pose_msg.pose.orientation.w = 1.0
        msg.poses.append(pose_msg)

    path_publisher.publish(msg)

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