Cartographer实现纯定位功能，突破建图依赖

2023-10-16 08:58:19

引言

在机器人导航领域，Cartographer 作为一种先进的SLAM（即时定位与地图构建）算法，一直受到广泛应用。然而，传统的Cartographer算法通常依赖于同时进行建图和定位，这在某些特定场景下会带来一定的局限性。为了满足这些场景的需求，纯定位 功能应运而生，它允许Cartographer在已知环境中仅执行定位任务，无需实时构建地图。

技术实现

Cartographer的纯定位功能基于重定位 技术。当机器人进入一个已知环境时，它将加载事先构建好的地图。然后，通过匹配传感器数据（例如激光雷达或相机）与地图中的特征，Cartographer可以准确估计机器人的位置和姿态。

优势与应用

纯定位功能为Cartographer带来了以下优势：

减少计算开销： 与同时建图和定位相比，纯定位仅需要执行定位任务，从而降低了计算开销，提升了实时性。
提高稳定性： 在已知环境中，纯定位功能可以利用事先构建好的地图，避免了因建图误差带来的定位不稳定问题。
扩展应用场景： 纯定位功能使Cartographer适用于需要在已知环境中进行精确定位，但无需实时建图的场景，例如：
- 工业仓库中的自主移动机器人
- 室内导航系统
- 重复任务的自主执行

实施步骤

实现Cartographer的纯定位功能需要进行以下步骤：

获取已知环境的地图： 可以使用Cartographer或其他SLAM算法构建地图，并将其存储为文件。
配置Cartographer： 在Cartographer配置中，将定位模式设置为LOCALIZATION_ONLY。
加载地图： 在运行Cartographer时，加载预先构建好的地图。
运行定位： Cartographer将使用传感器数据和地图执行定位，并输出机器人的位姿估计。

代码示例

以下代码示例展示了如何使用Cartographer API进行纯定位：

// 加载已知环境的地图
cartographer::io::proto::MapFileReader reader(filename);
cartographer::io::proto::Map proto_map;
reader.ReadNext(&proto_map);

// 配置Cartographer为纯定位模式
cartographer::mapping::LocalizationConfig config;
config.set_localization_mode(
    cartographer::mapping::LocalizationMode::LOCALIZATION_ONLY);

// 创建Cartographer定位器
auto localization_result =
    cartographer::mapping::CreateMapBuilder(config);

// 加载地图
localization_result->mapper()->LoadMapFromProto(proto_map);

// 运行定位
while (running) {
  cartographer::SensorData sensor_data = ...;  // 获取传感器数据
  localization_result->mapper()->UpdateState(sensor_data);
  cartographer::mapping::PoseEstimate pose =
      localization_result->mapper()->pose_estimate();
  // 使用pose进行定位
}