Nav2による自律ナビゲーション

Nav2の概要

• ロボットの自律移動を実現するためのソフトウェアパッケージ
• 経路計画、障害物回避、目標地点への移動などの機能を提供
• ROS2の標準的なナビゲーションシステムとして広く使用されている

1. Nav2とは

Nav2は、ROS2の標準的なナビゲーションシステムです。ロボットが環境内を自律的に移動するために必要な機能を提供します。

Nav2の主な機能

• 経路計画: 現在位置から目標地点までの最適な経路を計画
• 障害物回避: センサーデータを使用して障害物を検出し、回避
• 位置推定: ロボットの現在位置と姿勢を推定
• 目標地点への移動: 計画した経路に沿ってロボットを移動

Nav2の利点

• オープンソース: 無料で使用可能
• 拡張性: 様々なロボットプラットフォームに対応
• 柔軟性: カスタマイズ可能なパラメータ設定
• 活発なコミュニティ: 多くの開発者が使用・改善を行っている

2. Nav2の基本構成

Nav2は、以下のような主要なコンポーネントで構成されています：

コアコンポーネント

• Controller Server: ロボットの動作を制御
• Planner Server: 経路計画を担当
• Behavior Server: 特殊な動作（回転、待機など）を実行
• BT Navigator: ナビゲーションの動作を管理
• Waypoint Follower: 複数の目標地点を順番に訪問
• Velocity Smoother: ロボットの動作を滑らかにする

補助コンポーネント

• Lifecycle Manager: 各コンポーネントの状態を管理
• Map Server: 環境のマップを提供
• Costmap: 障害物情報を含むコストマップを管理

3. Nav2の使用方法

前提条件

• ROS2 Humble がインストール済み
• ロボットのセンサー（LiDAR、カメラなど）が設定済み
• 環境のマップが作成済み

基本的な使用手順

1. マップの作成: SLAMを使用して環境のマップを作成
2. パラメータの設定: ロボットに合わせてNav2のパラメータを調整
3. Nav2の起動: launchファイルを使用してNav2を起動
4. 目標地点の設定: RVizなどのツールを使用して目標地点を設定
5. ナビゲーションの開始: ロボットが自律的に目標地点へ移動

重要なパラメータ

• ロボットの寸法: ロボットの大きさや形状
• センサーの設定: LiDARやカメラのパラメータ
• 速度制限: 最大速度や加速度の制限
• 障害物回避の設定: 障害物との安全距離など

4. Nav2の応用

実用的な応用例

• 屋内清掃ロボット: 部屋を自律的に清掃
• 物流ロボット: 倉庫内での物品の搬送
• 案内ロボット: 施設内での案内や説明
• 監視ロボット: 定期的な巡回や監視

研究・開発への応用

• 新しいナビゲーションアルゴリズムの開発
• マルチロボットシステムの実現
• 人間とロボットの協調作業
• 未知環境での自律移動

5. まとめ

Nav2は、ROS2の標準的なナビゲーションシステムとして、ロボットの自律移動を実現するための強力なツールです。経路計画、障害物回避、目標地点への移動などの機能を提供し、様々なロボットプラットフォームで使用されています。

このドキュメントでは、Nav2の基本的な概念と使用方法について説明しました。実際のロボットでNav2を使用する際は、ロボットの特性や環境に合わせてパラメータを調整し、最適な動作を実現することが重要です。

演習

• Nav2起動

ros2 launch kachaka_nav2_bringup navigation_launch.py

navigation_launch.py

基本的なナビゲーション

1. 簡単な環境でNav2を使用して、ロボットを目標地点まで移動させてみましょう
2. 異なる目標地点を設定して、ロボットの動作を観察してみましょう

パラメータの調整

1. ロボットの速度を変更して、動作の違いを確認してみましょう
2. 障害物回避のパラメータを調整して、回避動作の変化を観察してみましょう

内容

Nav2を使って、ロボットに好きな経路を走らせてみよう！