10.1 Navigation Stack
10.1.1 Navigation Stack
Navigation Stack是一个ROS的metapackage，里面包含了ROS在路径规划、定位、地图、异常行为恢复等方面的package，其中运行的算法都堪称经典。Navigation Stack的主要作用就是路径规划，通常是输入各传感器的数据，输出速度。一般我们的ROS都预装了Navigation。
Navigation Stack的源代码位于https://github.com/ros-planning/navigation，包括了以下几个package：
| 包名 | 功能 |
|---|---|
| amcl | 定位 |
| fake_localization | 定位 |
| map_server | 提供地图 |
| move_base | 路径规划节点 |
| nav_core | 路径规划的接口类，包括base_local_planner、base_global_planner和recovery_behavior三个接口 |
| base_local_planner | 实现了Trajectory Rollout和DWA两种局部规划算法 |
| dwa_local_planner | 重新实现了DWA局部规划算法 |
| parrot_planner | 实现了较简单的全局规划算法 |
| navfn | 实现了Dijkstra和A*全局规划算法 |
| global_planner | 重新实现了Dijkstra和A*全局规划算法 |
| clear_costmap_recovery | 实现了清除代价地图的恢复行为 |
| rotate_recovery | 实现了旋转的恢复行为 |
| move_slow_and_clear | 实现了缓慢移动的恢复行为 |
| costmap_2d | 二维代价地图 |
| voxel_grid | 三维小方块（体素？） |
| robot_pose_ekf | 机器人位姿的卡尔曼滤波 |
这么多package，你可能会觉得很乱，不过担心，在使用中其实还是比较简单的，我们接下来会对常用的主要功能进行介绍。
10.1.2 Navigation工作框架
机器人的自主导航功能基本全靠Navigation中的pacakge，来看这张图：
上图中位于导航功能正中心的是move_base节点，可以理解为一个强大的路径规划器，在实际的导航任务中，你只需要启动这一个node，并且给他提供数据，就可以规划出路径和速度。
move_base之所以能做到路径规划，是因为它包含了很多的插件，像图中的白色圆圈global_planner、local_planner、global_costmap、local_costmap、recovery_behaviors。这些插件用于负责一些更细微的任务：全局规划、局部规划、全局地图、局部地图、恢复行为。而每一个插件其实也都是一个package，放在Navigation Stack里。
关于move_base我们后面会进一步介绍，先来看看move_base外围有哪些输入输出。
输入
/tf:提要提供的tf包括map_frame、odom_frame、base_frame以及机器人各关节之间的完成的一棵tf树。/odom:里程计信息/scan或/pointcloud:传感器的输入信息，最常用的是激光雷达(sensor_msgs/LaserScan类型)，也有用点云数据(sensor_msgs/PointCloud)的。/map：地图，可以由SLAM程序来提供，也可以由map_server来指定已知地图。
以上四个Topic是必须持续提供给导航系统的，下面一个是可随时发布的topic：
move_base_simple/goal:目标点位置。
有几点需要注意：
1.move_base并不会去发布tf，因为对于路径规划问题来说，假设地图和位置都是已知的，定位和建图是其他节点的事情。
2.sensor_topics一般输入是激光雷达数据，但也有输入点云的情况。
3.图中map_server是灰色，代表可选，并不表示/map这个topic是可选，必须提供地图给move_base。
输出
/cmd_vel:geometry_msgs/Twist类型，为每一时刻规划的速度信息。