学过单机器人在已知地图中的导航后，想到如果有多个机器人在同一地图如何导航，于是在网上学习了下，主流方案即在单机器人导航的基础上引入命名空间。
参考文章1
参考文章2
参考文章3
实验效果录屏
 

一、实验环境

Ubuntu1804（虚拟机）
ROS（melodic）
Navigation（move_base+amcl）
gazebo（9.0.0）
vscode
 

二、目录结构

相比单机器人导航，改动主要集中在launch目录下，gazebo差速器仿真部分也需要修改，rviz下有少量插件配置变动不是学习重点。
 

三、launch文件

除了之前学过的单机器人导航的关键点，这里最重要的就是命名空间了。
我们之前只有一个机器人，所有的主题、节点、TF变换都是在全局空间下，都是默认的，不需要分辨谁从哪来到哪去给谁用，一旦加入了第二个同样的机器人，它的主题、TF等跟第一个机器人完全相同，这样就会乱套，为了将它们以及它们的种种属性区分开来，引入了命名空间。
 

carbot_group_navigation.launch

<launch>
    <arg name="verbose" default="false"/>
    <arg name="robot_namespace" default=""/>

    <include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch">
        <arg name="world_name" value="$(find carbot_multi_navi)/world/space.world"/>
        <arg name="paused" value="false"/>
        <arg name="use_sim_time" value="true"/>
        <arg name="gui" value="true"/>
        <arg name="headless" value="false"/>
        <arg name="verbose" value="$(arg verbose)"/>
        <arg name="debug" value="false"/>
    </include>

    <!-- 运行地图服务器，并且加载设置的地图 -->
    <arg name="map" default="space.yaml" />
    <node name="map_server" pkg="map_server" type="map_server" args="$(find carbot_multi_navi)/maps/$(arg map)"/>

    <!-- 配置不同命名空间下的机器人 -->
    <group ns = "car1">
        <param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro '$(find carbot_multi_navi)/urdf/carbot_gazebo.urdf.xacro'"/>
        <node name="urdf_spawner" pkg="gazebo_ros" type="spawn_model" respawn="false" output="screen"
            args="-urdf -model car1 -param robot_description -y 0.5"/> 

        <node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher">
            <param name="publish_frequency" type="double" value="50.0" />
            <param name="tf_prefix" value="car1" />
        </node>
        <node name="joint_state_publisher" pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher"/>
    </group>

    <group ns = "car2">
        <param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro '$(find carbot_multi_navi)/urdf/carbot_gazebo.urdf.xacro'"/>

        <node name="urdf_spawner" pkg="gazebo_ros" type="spawn_model" respawn="false" output="screen"
            args="-urdf -model car2 -param robot_description -y 0.0"/> 

        <node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher">
            <param name="publish_frequency" type="double" value="50.0" />
            <param name="tf_prefix" value="car2" />
        </node>
        <node name="joint_state_publisher" pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher"/>
    </group>

    <group ns = "car3">
        <param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro '$(find carbot_multi_navi)/urdf/carbot_gazebo.urdf.xacro'"/>
        <node name="urdf_spawner" pkg="gazebo_ros" type="spawn_model" respawn="false" output="screen"
            args="-urdf -model car3 -param robot_description -y -0.5"/> 

        <node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher">
            <param name="publish_frequency" type="double" value="50.0" />
            <param name="tf_prefix" value="car3" />
        </node>      
        <node name="joint_state_publisher" pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher"/>
        <!-- <node pkg="tf" type="static_transform_publisher" name="map_odom_broadcaster" args="0 0 0 0 0 0 /map car3/odom 100" /> -->
    </group>

    <!-- move_base配置 -->
    <include file="$(find carbot_multi_navi)/launch/move_base.launch" >
        <arg name="robot_namespace" value="car1" />
    </include>
    <include file="$(find carbot_multi_navi)/launch/move_base.launch">
        <arg name="robot_namespace" value="car2" />
    </include>
    <include file="$(find carbot_multi_navi)/launch/move_base.launch" >
        <arg name="robot_namespace" value="car3" />
    </include>


    <!-- amcl配置 -->
    <include file="$(find carbot_multi_navi)/launch/amcl.launch">
        <arg name="robot_namespace" value="car1" />
        <arg name="initial_pose_x" value="0.0"/>
        <arg name="initial_pose_y" value="0.5"/>
        <arg name="initial_pose_a" value="0.0"/>
    </include>
    <include file="$(find carbot_multi_navi)/launch/amcl.launch">
        <arg name="robot_namespace" value="car2" />
        <arg name="initial_pose_x" value="0.0"/>
        <arg name="initial_pose_y" value="0.0"/>
        <arg name="initial_pose_a" value="0.0"/>
    </include>
    <include file="$(find carbot_multi_navi)/launch/amcl.launch">
        <arg name="robot_namespace" value="car3" />
        <arg name="initial_pose_x" value="0.0"/>
        <arg name="initial_pose_y" value="-0.5"/>
        <arg name="initial_pose_a" value="0.0"/>
    </include>
    
    <!-- 启动rviz -->
    <node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz" args="-d $(find carbot_multi_navi)/rviz/nav_multi.rviz"/>

</launch>

这是总的启动文件，启用了gazebo，map-server，amcl，move_base，rviz。
其中gazebo又分加载世界和加载机器人，世界（即场景模型）只需要加载一个（因此不需要放在命名空间下），机器人在不同命名空间下分别加载一个，加了命名空间的机器人，其内部所订阅、发布的主题都会带命名空间前缀，比如在我们加载的第一个机器人，其命名空间为car1,那么它默认的运动控制主题/cmd_vel就会变成/car1/cmd_vel，它自身带的雷达发布的默认主题/scan也会相应的加上前缀变为/car1/scan。
这里举例的机器人其实代表的是节点，在<group ns="xxx">标签内的所有节点都是这样，像joint_state_publisher节点发布的主题就变为/car1/joint_states，搞清楚了这个原理，就会省下很多麻烦。比如三个机器人对应的amcl定位节点的主题该如何指定呢？答案是，将amcl节点放在标签下，然后其主题就不需要再额外指定了，之前单机器人如何，现在就如何。同理，move_base节点的主题也是如此。

搞完上面的这些，兴奋地尝试了下，结果并不如愿。发现一直在报警告，大概的意思是找不到某base_footprint到map的转换关系，找不到xxx到xxx的转换关系，打开rqt_tf_tree一看，TF树并没有连在一起。有的frame都给加了命名空间前缀（如/car1/base_link），而有些却没有加前缀（如odom），明明所有需要加命名空间的节点都老老实实加了命名空间，为什么有些frame还是不能自动加前缀转换坐标呢。（给我自己问懵了，词穷。。。难以用文字语言解答）
这里直接针对问题给出方案，没有正确转换的坐标frame，我们要进行干预了，手动指定哪些要转换，如何转换。参考之前单机器人导航，我们就到amcl.launch中找到转换关系，发现了global_frame_id，odom_frame_id，base_frame_id这三个坐标系，首先map只有一个，所以global_frame_id是不需要加前缀的，而其余两个每个机器人都是不同的，也就是加上对应命名空间的前缀，

<arg name="odom_frame_id"   value="$(arg robot_namespace)/odom"/>
<arg name="base_frame_id"   value="$(arg robot_namespace)/base_footprint"/>

同样的，在move_base.launch中也如此指定，将所有的frame_id加上对应的命名空间前缀（注意改的是value）。
 

amcl.launch

<launch>
    <arg name="use_map_topic" default="false"/>
    <arg name="robot_namespace" default=""/>
    <arg name="global_frame_id" default="map"/>
    <arg name="scan_topic" value="scan"/>
    <arg name="odom_frame_id"   value="$(arg robot_namespace)/odom"/>
    <arg name="base_frame_id"   value="$(arg robot_namespace)/base_footprint"/>

    <arg name="initial_pose_x" default="0"/>
    <arg name="initial_pose_y" default="0"/>
    <arg name="initial_pose_a" default="0"/>
    <group ns="$(arg robot_namespace)">

      <node pkg="amcl" type="amcl" name="amcl">
          <param name="use_map_topic" value="$(arg use_map_topic)"/>
          <!-- Publish scans from best pose at a max of 10 Hz -->
          <param name="odom_model_type" value="diff"/>
          <param name="odom_alpha5" value="0.05"/>
          <param name="gui_publish_rate" value="10.0"/>
          <param name="laser_max_beams" value="180"/>
          <param name="laser_max_range" value="6.0"/>
          <param name="min_particles" value="300"/>
          <param name="max_particles" value="1000"/>
          <param name="kld_err" value="0.05"/>
          <param name="kld_z" value="0.99"/>
          <param name="odom_alpha1" value="0.05"/>
          <param name="odom_alpha2" value="0.05"/>
          <!-- translation std dev, m -->
          <param name="odom_alpha3" value="0.05"/>
          <param name="odom_alpha4" value="0.05"/>
          <param name="laser_z_hit" value="0.5"/>
          <param name="laser_z_short" value="0.05"/>
          <param name="laser_z_max" value="0.05"/>
          <param name="laser_z_rand" value="0.5"/>
          <param name="laser_sigma_hit" value="0.2"/>
          <param name="laser_lambda_short" value="0.1"/>
          <param name="laser_model_type" value="likelihood_field"/>
          <!-- <param name="laser_model_type" value="beam"/> -->
          <param name="laser_likelihood_max_dist" value="2.0"/>
          <param name="update_min_d" value="0.25"/>
          <param name="update_min_a" value="0.2"/>
          <param name="resample_interval" value="1"/>
          <!-- Increase tolerance because the computer can get quite busy -->
          <param name="transform_tolerance" value="0.5"/>
          <param name="recovery_alpha_slow" value="0.0"/>
          <param name="recovery_alpha_fast" value="0.0"/>

          <param name="global_frame_id"  value="$(arg global_frame_id)"/>
          <param name="odom_frame_id"  value="$(arg odom_frame_id)"/>
          <param name="base_frame_id"  value="$(arg base_frame_id)"/>

          <param name="initial_pose_x" value="$(arg initial_pose_x)"/>
          <param name="initial_pose_y" value="$(arg initial_pose_y)"/>
          <param name="initial_pose_a" value="$(arg initial_pose_a)"/>
          
          <remap from="scan" to="$(arg scan_topic)"/>
          <remap from="static_map" to="/static_map"/>
          <remap from="map" to="/map" />
      </node>  
    </group>
</launch>

move_base.launch

<launch>
    <arg name="robot_namespace" default=""/>

    <arg name="laser_topic" default="scan" />
    <arg name="odom_topic" default="odom" />
    <arg name="cmd_topic" default="cmd_vel" />
    <arg name="global_frame_id" default="map"/>
    <arg name="odom_frame_id"   value="$(arg robot_namespace)/odom"/>
    <arg name="base_frame_id"   value="$(arg robot_namespace)/base_footprint"/>


    <group ns="$(arg robot_namespace)">
        <node pkg="move_base" type="move_base" respawn="false" name="move_base" output="screen">
            <!-- Default configs -->
            <rosparam file="$(find carbot_multi_navi)/config/costmap_common_params.yaml" command="load" ns="global_costmap" />
            <rosparam file="$(find carbot_multi_navi)/config/costmap_common_params.yaml" command="load" ns="local_costmap" />
            <rosparam file="$(find carbot_multi_navi)/config/local_costmap_params.yaml" command="load" />
            <rosparam file="$(find carbot_multi_navi)/config/global_costmap_params.yaml" command="load" />
            <rosparam file="$(find carbot_multi_navi)/config/base_local_planner_params.yaml" command="load" />
    
            <!-- Set tf_prefix for frames explicity, overwriting defaults -->
            <!-- 注意下面sensor_frame的id改为自己机器人实际的传感器id，这里我的是雷达，在rplidar.xacro中为laser_link -->
            <param name="global_costmap/scan/sensor_frame" value="$(arg robot_namespace)/laser_link"/>
            <param name="global_costmap/obstacle_layer/scan/sensor_frame" value="$(arg robot_namespace)/laser_link"/>
            <param name="global_costmap/global_frame" value="$(arg global_frame_id)"/>
            <param name="global_costmap/robot_base_frame" value="$(arg base_frame_id)"/>
            <param name="global_costmap/obstacle_layer/scan/topic" value="$(arg laser_topic)"/>
        
            <param name="local_costmap/scan/sensor_frame" value="$(arg robot_namespace)/laser_link"/>
            <param name="local_costmap/obstacle_layer/scan/sensor_frame" value="$(arg robot_namespace)/laser_link"/>
            <param name="local_costmap/global_frame" value="$(arg odom_frame_id)"/>
            <param name="local_costmap/robot_base_frame" value="$(arg base_frame_id)"/>
            <param name="local_costmap/obstacle_layer/scan/topic" value="$(arg laser_topic)"/>
        
            <!-- 主题重映射 -->
            <remap from="cmd_vel" to="$(arg cmd_topic)"/>
            <remap from="odom" to="$(arg odom_topic)"/>
            <remap from="scan" to="$(arg laser_topic)"/>
            <remap from="map" to="/map"/>
        </node>
      </group>
</launch>

这样应该就没什么大问题了，有问题的继续往下看，也可以评论区留言交流。
 

四、趟坑指南

1.命名空间值如何传递

<param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro '$(find carbot_multi_navi)/urdf/carbot_gazebo.urdf.xacro' ns:=xxx "/>
最初是不了解命名空间下的节点主题的规则，以为要手动添加前缀，于是想法设法想把ns值传递进urdf.xacro中，就是上面这条语句中的ns:=xxx，最终没能成功，也希望正在尝试的朋友不要这样做了，这在节点启动语句如rosrun node_xx ns:=xxx时确实可以传ns值进节点，但进urdf.xacro我是没成功过。
 

2.local_costmap/global_frame

这是move_base.launch中的某个参数param，刚开始因为到处搜教程cv过快，将其设置为 <param name="local_costmap/global_frame" value="$(arg global_frame_id)"/>，也就是map坐标(正确应是odom)，到后面TF树死活连不起来，也是运气好吧，最终发现这个地方不对劲，哪里不对劲呢，你看这个参数就明白了<param name="global_costmap/global_frame" value="$(arg global_frame_id)"/>。
 

3.机器人初始位置

在一个机器人导航的时候，我们可以地图选点初始化机器人，但在三个机器人一起导航的情况下，如果还是手动选点的话雷达扫描与实际地图误差会比较大，所以建议还是在amcl.launch中直接指定初始位置(注意第三个参数末尾是a)，即

<param name="initial_pose_x" value="$(arg initial_pose_x)"/>
<param name="initial_pose_y" value="$(arg initial_pose_y)"/>
<param name="initial_pose_a" value="$(arg initial_pose_a)"/>

经过再次实验，机器人运动后哪怕初始位置不准，随着它的运动，会逐渐矫正雷达扫描，直到契合实际地图，但与其让它自己矫正为什么不直接给它一个初始定位呢。
 

4.gazebo仿真差速器

差速器的功能很重要，但它做的事有点过多了，不需要的我们最好关闭。

这里圈出了四个标签。其中rootnamespace一定要注释掉；publishWheelTF一定要设为false；publishTf不能关闭，必须设置为1或true。否则可能导致以下问题
publishWheelJointState我们有专门的joint_state_publisher节点，所以不需要这里再次发布。
 

5.rviz插件配置

rviz的配置文件是从别人代码里抄来的，没有注意，在点击2D Nav Goal地图选点后发布的主题带着别人原来预设的命名空间，跟自己的命名空间不同，也就无法正常导航，想在rviz中自己添加却发现找不到地方，最终在rviz配置文件中修改主题(搜索rviz/SetGoal)

五、缺陷

实测在小车导航到同一位置时会出现相撞，可能是小车模型同高，雷达监测不到的原因，待验证和改善。