【ROS2入門⑪】Nav2入門 - 自律ナビゲーションスタックでロボットを自律移動させる

2026年5月時点。ROS 2 入門の締めとして、自律移動スタック Nav2 公式ドキュメントを扱います。想定読者は Gazebo シミュまで終えた方で、ここではコンポーネントの並びと TurtleBot3 でよくある起動順を優先します。

Ubuntu 22.04 + ROS 2 Humble 想定です。SLAM 実装（Cartographer / slam_toolbox）や launch 名は環境で差が出るため、手元のパッケージ README と TurtleBot3 e-Manual が正です。細部パラメータはプロジェクト側の yaml に従ってください。

本記事を読み終えると、地図作成→map_server→Nav2 goal までの流れを説明でき、失敗時に use_sim_time や初期姿勢を疑える状態になります。

Nav2 はプランナ・コントローラ・コストマップ・行動ツリーなどが協調する自律移動スタックです。全体像は Nav2 公式ドキュメントの Architecture を参照し、下表は教材としての役割整理です。

主要コンポーネント

コンポーネント	役割
BT Navigator	ビヘイビアツリーでナビゲーション処理を制御
Planner Server	ゴールまでのグローバルパスを計算（A*等）
Controller Server	ローカル障害物回避とモーター指令
Costmap 2D	障害の膨張（インフレーション）と通行可能領域のコストを管理
SLAM / 自己位置まわり	Cartographer や slam_toolbox など。実際の構成はメタパッケージ側の前提に従う

SLAM で地図はどう作る？

SLAM（Simultaneous Localization and Mapping）は、移動しながら地図を溜めつつ自己位置を推定する処理の総称です。下は Cartographer 系 launch がある前提の例です。apt で入れるパッケージ名は launch と揃え、slam_toolbox と Cartographer を取り違えないでください（TurtleBot3 e-Manual）。

# SLAM 用パッケージは、使う launch に合わせて入れる（例のためコメントのみ）
# sudo apt install ros-humble-turtlebot3-cartographer
# または slam_toolbox 版なら、その launch に対応したパッケージを選択

# ターミナル1: Gazebo起動
export TURTLEBOT3_MODEL=burger
ros2 launch turtlebot3_gazebo turtlebot3_world.launch.py

# ターミナル2: SLAM（Cartographer 前提の一例。自分の環境の launch に差し替え）
ros2 launch turtlebot3_cartographer cartographer.launch.py use_sim_time:=True

# ターミナル3: teleopでロボットを動かして地図を作成
ros2 run turtlebot3_teleop teleop_keyboard

# 地図を保存
ros2 run nav2_map_server map_saver_cli -f ~/map

Nav2 で自律移動はどう試す？

# 保存した地図を使ってNav2を起動
# ターミナル1: Gazebo
export TURTLEBOT3_MODEL=burger
ros2 launch turtlebot3_gazebo turtlebot3_world.launch.py

# ターミナル2: Nav2起動
ros2 launch turtlebot3_navigation2 navigation2.launch.py \
  use_sim_time:=True \
  map:=$HOME/map.yaml

RViz2 が開いたら、環境により次のような流れになります:

2D Pose Estimate で初期姿勢の目安を与える（地図座標との整合）
Nav2 Goal でゴールを指定
プランナ／コントローラが通れると、cmd_vel など経由で移動指令が流れる（パラメータやコストマップ次第で止まることもあります）

Python から Nav2 にゴールはどう送る？

import rclpy
from rclpy.node import Node
from nav2_msgs.action import NavigateToPose
from rclpy.action import ActionClient


class NavGoalSender(Node):

    def __init__(self):
        super().__init__('nav_goal_sender')
        self._client = ActionClient(
            self, NavigateToPose, 'navigate_to_pose')

    def send_goal(self, x, y):
        goal = NavigateToPose.Goal()
        goal.pose.header.frame_id = 'map'
        goal.pose.header.stamp = self.get_clock().now().to_msg()
        goal.pose.pose.position.x = x
        goal.pose.pose.position.y = y
        goal.pose.pose.orientation.w = 1.0

        self._client.wait_for_server()
        future = self._client.send_goal_async(goal)
        self.get_logger().info(f'Goal sent: ({x}, {y})')
        return future

コストマップとは何か？

コストマップ = 「そのマスへ進むコスト」を敷いたレイヤーのイメージ

  0   … 問題なく通行しやすい
  100 … 致命的な障害として扱う（通れない判定になりやすい）
  -1  … まだよく見えない（未知）な領域

検出されている障害の周りにはしばしば「避けやすい」コストが積まれ、パスが脇へ寄る。

Nav2 試行でつまずきやすい点は？

use_sim_time:=True をシミュと揃え忘れると、TF や地図の時刻まわりで挙動がおかしくなりやすい
地図ファイルの map.yaml と .pgm のパスがズレると map_server が落ちる
初期姿勢（Pose Estimate）が大きく外れていると、局所プランナがすぐ異常終了することがある（RViz で微調整）
navigate_to_pose の frame_id（例: map）と TF が繋がっているかを、tf2_tools／RViz で先に確認する

ROS 2 入門シリーズの振り返りは？

ROS 2 入門シリーズ（①〜⑪）ひとまとめです。自分のワークスペースで再現できた項目から復習すると定着しやすいです。

① ROS 2 の全体像・よくある用語
② Ubuntu 22.04 と ROS 2 Humble の導入
③ ノード／トピック／サービス／アクションの概念
④ Python で Pub/Sub
⑤ カスタム .msg /.srv /.action（インターフェース用パッケージ）
⑥ Python でサービス・アクション（例題ベース）
⑦ `colcon`・パッケージひな型・launch
⑧ RViz2・rqt
⑨ TF2（フレームと変換）
⑩ Gazebo と ros_gz まわり（シミュ環境依存に注意）
⑪ 本記事: Nav2（自律移動スタックの入口）

このあと広げやすいトピック

実機への載せ替え：センサ・オドメ・安全停止を含めて差分前提
MoveIt 2：アームなどの経路計画
micro-ROS：マイコンと ROS 2 の接続
ROS 2 とセキュリティ：DDS／ネットワーク方針

30代エンジニアの備忘録