机器人操作系统ROS之调参手册_teb调参

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ROS 导航功能调优指南

∗

原作：郑开宇

†

译作：罗辉武

‡

版本：0.01

日期：2019 年 06 月 19 日

摘要

ROS 导航功能包用于实现移动机器人可靠移动。ROS 导航功能包通过处理里程数据、传

感器数据和环境地图数据，为机器人运动生成一条安全的路径。最大限度地优化导航功能包

的性能需要对相关参数进行调整，且调参这项工作并不像表面上的那么简单。对其中的概念

和推理不熟悉的人很大概率会采用随机尝试的策略，无形中浪费了大量时间。

本文旨在通过调整导航参数的过程指导读者。当读者在设置关键参数的时候需要解答

“如何设置”以及“为什么这么设置”这些疑问时，本文可以作为一份参考材料。本文假设读

者已对导航功能包进行了基本的安装设置，并准备对其进行优化。本文亦是我使用 ROS 导

航功能包进行工作时的一份工作总结。

1 Velocity and Acceleration 2

1.1 To obtain maximum velocity . . . . . . 2

1.2 To obtain maximum acceleration . . . . 2

1.3 Setting minimum values . . . . . . . . 3

1.4 Velocity in x, y direction . . . . . . . . 3

2 Global Planner 3

2.1 Global Planner Selection . . . . . . . . 3

2.1.1 carrot_planner . . . . . . . . . 3

2.1.2 navfn and global_planner . . . . 3

2.2 Global Planner Parameters . . . . . . . 3

3 Local Planner Selection 6

3.1 DWA Local Planner . . . . . . . . . . . 6

3.1.1 DWA algor ithm . . . . . . . . . 6

3.1.2 DWA Local Planner : Forward

Simulation . . . . . . . . . . . 6

3.1.3 DWA Local Planner: Trajac-

tory Scoring . . . . . . . . . . 7

3.1.4 DWA Local Planner: Other Pa-

rameters . . . . . . . . . . . . . 8

4 Costmap Parameters 8

4.1 footprint . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

4.2 inﬂation . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

∗

本文是 “ROS Navigation Tuning Guide’’ 的中文翻译。英文原版：http://kaiyuzheng.me/documents/papers/ros_navguide.pdf

†

Email: kaiyu_zheng [at] brown [dot] edu

‡

Email: huiwu.luo@aliyun.com

更新：2019 年 04 月 08 日 (增加了 amcl 的内容)

4.3 costmap resolution . . . . . . . . . . . 10

4.4 obstacle layer and voxel layer . . . . . . 11

5 AMCL 13

5.1 Header in LaserScan messages . . . . 13

5.2 Parameters for measurement and mo-

tion models . . . . . . . . . . . . . . . 15

5.3 Translation of the laser scanner . . . . . 16

6 Recovery Behaviors 16

7 Dynamic Reconﬁgure 17

8 Problems 18

1 速度和加速度

本节涉及同步驱动 (synchro-drive) 机器人。机器人的动力学特征 (例如，机器人的速度和加速度) 对

于动态窗口法 (Dynamic Window Approach, DWA) 和定时弹性带 (Timed Elastic Band, TEB) 这两种局部规

划器是必不可少的内容。在 ROS 的导航功能包中，局部规划器接收里程消息 (“ odom " 话题)，输出控

制机器人运动的速度指令 (“ cmd_vel ”话题)。

速度和加速度的最大/最小值是移动基座的两个基本参数。正确设置这两个数值对优化局部规划器

的移动行为帮助非常大。在 ROS 的导航中，我们需要知道平移和旋转的速度及加速度。

1.1 获取最大速度

一般可以参考你的移动基座的手册。例如，SCITOS G5 的最大速度为 1.4 m/s1。在 ROS 中，你还

可以订阅 odom 话题以获取当前里程信息。如果你能手工控制机器人（例如使用操纵杆），则你可以尝

试向前移动直到它的速度值达到常数，然后回显 (echo) 里程数据。

平移速度 (m/s) 是机器人沿直线移动时的速度。获取其最大值的方式与上面获取最大速度的方式相

同。旋转速度（rad/s）等效于角速度; 它的最大值是机器人在原地位置旋转时的角速度。为获取最大旋

转速度，我们可以通过操纵杆控制机器人，在机器人的速度达到恒定值后将机器人旋转 360 度，并对此

次运动进行计时。

为安全起见，我们倾向于将最大平移速度和旋转速度设置为低于其实际最大值。

1.2 获取最大加速度

若您的手册没有直接告诉您该值大小，可通过很多方法测量您的移动基座的最大加速度。

在 ROS 中，类似地，我们可以回显包含时间戳的里程数据，记下机器人达到最大平移速度时所花

的时间（t

）。之后我们利用里程计的位置和速度信息 ( nav_msgs/Odometry 消息) 计算此过程中的加速

度。多做几条不同的路径，计算其平均值。分别用 t

和 t

表示机器人从静止达到最大平移速度和最大

旋转速度所需要的时间。则最大平移加速度为 a

t, max

= max dv/dt ≈ v

max

。同理，最大旋转加速度通

过式 a

r , max

= max dω/dt ≈ ω

max

计算。

1此信息来自于MetraLabs 网站。

1.3 设置最小值

设置最小速度不必像上述公式那么正式。对于最小平移速度，我们希望将其设置为较大的负值，因

为这样可以让机器人在需要自救时进行回退，虽然在大多数实际情况下它应该前进。对于最小旋转速

度，我们希望将其设置为负值（若参数允许的情况下），以便机器人可以在任一方向上旋转。注意，DWA

局部规划器采用的是机器人最小旋转速度的绝对值。

1.4 x,y 方向上的速度

x-速度表示平行于机器人直线运动方向的速度。它与平移速度相同。y-速度是垂直于该直线运动方

向的速度。在 teb_local_planner 中称为“扫射速度”(straﬁng velocity)。对于非完整类型 (non-holonomic)

的机器人（例如差动轮式机器人），应将 y-速度设置为零。

2 全局规划器

2.1 全局规划器的选择

要在导航堆栈中使用 move_base 节点，需要配置一个全局规划器和一个局部规划器。ROS 有三个全

局规划器继承自 nav_core::BaseGlobalPlanner 接口：carrot_planner ，navfn 和 global_planner 。

2.1.1 carrot_planner

这是最简单的全局规划器。它检查给定的目标点是否在障碍区，如果目标点在障碍区，则沿机器人

和目标点之间连线，在连线上选择一个最接近原始目标点的有效目标点。最终，它将该有效目标点直接

传递给局部规划器或内部控制器。所以，该规划器并没有进行任何的规划。它在你需要移动机器人到给

定目标点而且目标点无法到达的情况下很有用。在复杂环境下，该规划器并不实用。

2.1.2 navfn 和 global_planner

navfn 采用 Dijkstra 算法在起点和终点之间寻找一条最小代价的路径。global_planner 是 navfn 的

灵活性替代，提供了更多的选项，包括：(1) 支持 A∗, (2) 支持二次近似切换, (3) 支持切换风格路径。navfn

和 global_planner 实现的内容都是基于

[1]

的工作。

2.2 全局规划器的参数

通常情况下我们更喜欢使用 global_planner ，现在来看看它的一些关键参数。注意：并非所有的

参数都在 ROS 的官网上罗列出来，但如果你运行 rqt 动态配置程序时你可以看到它们：

1 rosrun rqt_reconfigure rqt_reconfigure

可以让参数 allow_unknown(true) , use_dijkstra(true) , use_quadratic(true) , use_grid_path

(false) , old_navfn_behavior(false) 保留它们的默认值。当需要在 rviz 可视化势力图 (potential

map) 时将 visualize_potential(false) 设置为 true 会带来很多便利。

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