一款激光雷达在ROS系统中建立地图方法的研究

摘 要：本文以YDLIDAR X4激光雷达为研究对象，介绍了YDLIDAR X4激光雷达在ROS系统当中建立扫描点阵地图的方法。包括了YDLIDAR X4激光雷达与ROS系统之间的通信方式，YDLIDAR X4激光雷達的工作参数。在ROS系统中安装与启动YDLIDAR X4激光雷达、以及通过rviz进行雷达数据可视化显示，形成地图建立。

关键词：ROS;激光雷达;通信;地图建立

YDLIDAR X4激光雷达是深圳越登智能科技有限公司（YDLIDAR，这家公司属于EAI）研发的一款 360 度二维测距产品。下文简称X4，该产品三角测距原理，并配以相关光学、电学、算法设计，实现高 频高精度的距离测量，在测距的同时，机械结构 360 度旋转，不断获取角度信息，从而实现 了 360 度扫描测距，输出扫描环境的点云数据。

X4 对外提供了 PH2.0-8P 母座接口，该接口有系统供电、数据通信和电机控制的功能接口。 图为X4的具体引脚分布。X4 的供电电压默认为5V直流。X4与外部设备通讯采用 3.3V 电平的串口通信，用户可通过产品上的物理接口，连接外部系统和X4，并按照系统的通信协议进行通讯来实时获取扫描的点云数据、设备信息、设备状态，并可设置设备工作模式等。图1位X4硬件接口引脚分布[1]。

X4同时具备了控制雷达扫描速度的功能，X4自带电机调速功能的电机驱动器，外设可通过接口中的 M_EN 和 M_SCTR 两个管脚输入 控制信号来对 X4 的电机进行控制。M_EN 为电机的使能信号，高电平使能;M_SCTR 为电 机速度控制信号，可电压调速。

ROS系统是起源于2007年斯坦福大学人工智能实验室的项目与机器人技术公司Willow Garage的个人机器人项目（Personal Robots Program）之间的合作，2008年之后就由Willow Garage来进行推动。ROS系统是用于机器人的一种后操作系统，或者说次级操作系统。它提供类似操作系统所提供的功能，包含硬件抽象描述、底层驱动程序管理、共用功能的执行、程序间的消息传递、程序发行包管理，它也提供一些工具程序和库用于获取、建立、编写和运行多机整合的程序。

ROS系统与X4的连接需要几个步骤。第一个是在控制端安装好X4的串口驱动。驱动安装包可以在YDLIDAR X4激光雷达产品官网上下载到。X4在购买时配套了一个USB转接版，在串口驱动安装好后，接通X4激光雷达，会生成对应串口功能。

第二是要从github下载x4的ROS驱动源码。驱动源码应该下载到ROS工作空间下src目录中，可在src目录下打开终端，输入如下载命令。也可以在终端输入cd～/catkin_ws/src指令打开ROS工作空间：git clone https：//github.com/EAIBOT/ydlidar.git。下载完源码后，接下来就可以在ROS系统的工作空间根目录下执行catkin_make来编译该源码软件包。

第三启动雷达有两个launch文件，一个lidar.launch是直接执行启动雷达进行扫描测距，另外一个是lidar_view.launch不仅可以启动雷达，还可以顺带启动rviz来将雷达数据可视化显示。第一种启动方式是使用lidar.launch来直接启动雷达，启动命令如下：roslaunch ydlidar lidar.launch。第二种启动方法是使用lidar_view.launch来启动雷达并同时在ROS系统中打开了rviz，进行雷达数据点阵的显示：roslaunch ydlidar lidar_view.launch。两种方法都使用了roslaunch自动启动ROS节点的命令工具[2]。

完成以上三步，就可以在ROS系统中的rviz中显示出X4扫描采集到的数据点阵图。rviz表示ROS visualization，用于机器人传感器和算法三维可视化系统。X4 在扫描过程中将以顺时针方向转动记录距离测量数据。X4在rviz中显示是以坐标系形式显示，工作过程中rviz中将存在基座标与用户坐标，其中用户坐标系的原点就是X4所在地图位置。为了准确显示X4相对方向，X4给出了坐标轴参考方向如下图。Z轴垂直与XY面向上。

本文介绍了一款激光雷达YDLIDAR X4在ROS操作系统当中建立地图的方式。该操作方式简单。能够快速启动X4在rviz中显示出扫描地图。为机器人后续自动规划路径提供了帮助。

参考文献：

[1]YDLIDAR XA数据使用手册

[2]Morgan Quigley.ROS机器人编程实践[M].北京：机械工业出版社

作者简介：

秦禹 （1990-），男，汉族，福建南平人（籍贯），硕士（学历），讲师（职称），研究方向：机械工程.