Skip to content

olh2012/RadarSLAM-Bot

BranchesTags

Repository files navigation

FishBot SLAM - 基于雷达建图的ROS2机器人项目

项目简介

这是一个基于ROS2 Humble的二轮差速机器人激光雷达SLAM建图项目。项目使用鱼香ROS的FishBot二轮机器人平台，通过激光雷达传感器进行同步定位与地图构建（SLAM）。

项目特点

  • ✅ 基于ROS2 Humble实现
  • ✅ 使用2D激光雷达进行环境感知
  • ✅ 采用SLAM Toolbox进行实时建图
  • ✅ 支持Gazebo仿真环境
  • ✅ 二轮差速驱动控制
  • ✅ 提供键盘遥控功能
  • ✅ 支持地图保存和导出

技术架构

核心技术栈

  • ROS2版本: Humble Hawksbill
  • 机器人模型: FishBot 二轮差速机器人
  • SLAM算法: SLAM Toolbox (基于Karto SLAM)
  • 仿真环境: Gazebo Classic
  • 控制系统: ROS2 Control (diff_drive_controller)

系统架构

┌─────────────────────────────────────────────────────┐
│                   FishBot SLAM系统                   │
├─────────────────────────────────────────────────────┤
│  Gazebo仿真环境                                      │
│    ├── 机器人模型 (URDF/Xacro)                      │
│    ├── 激光雷达传感器                                │
│    └── 物理世界                                      │
├─────────────────────────────────────────────────────┤
│  ROS2 Control                                        │
│    ├── 差速驱动控制器                                │
│    ├── 关节状态发布器                                │
│    └── 里程计发布                                    │
├─────────────────────────────────────────────────────┤
│  SLAM Toolbox                                        │
│    ├── 激光扫描处理                                  │
│    ├── 位姿估计                                      │
│    ├── 回环检测                                      │
│    └── 地图构建                                      │
├─────────────────────────────────────────────────────┤
│  可视化与交互                                        │
│    ├── RViz2 可视化                                  │
│    ├── 键盘遥控                                      │
│    └── 地图保存                                      │
└─────────────────────────────────────────────────────┘

项目结构

fishbot_slam/
├── config/                          # 配置文件目录
│   ├── diff_drive_controller.yaml   # 差速驱动控制器配置
│   └── slam_toolbox_params.yaml     # SLAM参数配置
├── launch/                          # 启动文件目录
│   ├── gazebo_sim.launch.py         # Gazebo仿真启动
│   ├── slam.launch.py               # SLAM建图启动
│   └── fishbot_slam.launch.py       # 完整系统启动
├── maps/                            # 地图保存目录
├── scripts/                         # 脚本文件目录
│   ├── save_map.py                  # 地图保存脚本
│   └── teleop_keyboard.py           # 键盘遥控脚本
├── urdf/                            # 机器人模型目录
│   ├── fishbot_base.urdf.xacro      # 基础机器人模型
│   └── fishbot.urdf.xacro           # 完整机器人模型（含Gazebo插件）
├── worlds/                          # Gazebo世界文件
│   └── fishbot_world.world          # 测试环境世界
├── CMakeLists.txt                   # CMake构建文件
└── package.xml                      # ROS2包描述文件

核心功能

1. 机器人模型（URDF）

  • 底盘: 圆柱形底盘（半垄10cm，高度8cm）
  • 驱动轮: 两个独立驱动轮，支持差速控制
  • 支撑轮: 前后各一个万向支撑轮
  • 激光雷达: 360度2D激光雷达，最大探测距离12米

2. 差速驱动控制

  • 使用ROS2 Control框架
  • diff_drive_controller实现差速控制
  • 发布里程计信息（odom话题）
  • 发布TF变换（odom -> base_footprint）
  • 速度限制：线速度±0.5m/s，角速度±1.0rad/s

3. SLAM建图

  • 基于SLAM Toolbox的异步SLAM
  • 实时激光扫描匹配
  • 回环检测优化
  • 地图增量更新
  • 支持交互式地图编辑

4. A*路径规划（新增）

  • 启发式搜索: 基于A*算法的全局路径规划
  • 障碍物膨胀: 自动增加安全距离
  • 路径平滑: 梯度下降法优化路径
  • 8方向移动: 支持对角线移动
  • Pure Pursuit跟随: 自适应前视距离的路径跟踪

5. 可视化与控制

  • RViz2实时显示机器人状态和地图
  • 键盘遥控支持多方向移动
  • 地图实时构建和显示
  • 支持保存PGM格式地图
  • 路径可视化和实时跟踪

使用说明

环境要求

  • Ubuntu 22.04 LTS
  • ROS2 Humble
  • Gazebo Classic 11
  • Python 3.10+

依赖安装

# 安装ROS2 Humble核心包
sudo apt install ros-humble-desktop

# 安装Gazebo相关包
sudo apt install ros-humble-gazebo-ros-pkgs

# 安装ROS2 Control
sudo apt install ros-humble-ros2-control ros-humble-ros2-controllers

# 安装SLAM Toolbox
sudo apt install ros-humble-slam-toolbox

# 安装导航相关包
sudo apt install ros-humble-nav2-bringup

编译项目

# 创建工作空间
mkdir -p ~/fishbot_ws/src
cd ~/fishbot_ws/src

# 克隆或复制项目代码
# cp -r /path/to/fishbot_slam .

# 返回工作空间根目录编译
cd ~/fishbot_ws
colcon build --symlink-install

# 加载环境变量
source install/setup.bash

运行系统

方式1: 一键启动完整系统

ros2 launch fishbot_slam fishbot_slam.launch.py

方式2: 分步启动

# 终端1: 启动Gazebo仿真
ros2 launch fishbot_slam gazebo_sim.launch.py

# 终端2: 启动SLAM建图
ros2 launch fishbot_slam slam.launch.py

# 终端3: 启动键盘控制
ros2 run fishbot_slam teleop_keyboard.py

# 终端4: 启动RViz2可视化（可选）
rviz2

方式3: A*导航模式（新增）

# 首先启动SLAM系统建图
ros2 launch fishbot_slam fishbot_slam.launch.py

# 在新终端启动A*导航
ros2 launch fishbot_slam astar_navigation.launch.py

# 在RViz中通过"2D Goal Pose"工具设置目标点
# 机器人将自动规划路径并移动到目标点

键盘控制说明

移动控制：
   u    i    o
   j    k    l
   m    ,    .

u/o : 前进+左转/右转
i   : 前进
j/l : 原地左转/右转
k   : 停止
m/. : 后退+左转/右转
,   : 后退

q/z : 增加/减少速度 10%
space : 紧急停止
Ctrl+C : 退出

保存地图

# 使用命令行工具保存
ros2 run nav2_map_server map_saver_cli -f ~/maps/my_map

# 或使用项目提供的脚本
ros2 run fishbot_slam save_map.py fishbot_map

参数配置

差速控制器参数

  • 轮子间距: 0.2米
  • 轮子半径: 0.033米
  • 最大线速度: 0.5 m/s
  • 最大角速度: 1.0 rad/s

SLAM参数

  • 最小移动距离: 0.2米
  • 最小旋转角度: 0.2弧度
  • 回环检测: 启用
  • 地图更新间隔: 5.0秒

代码规范

本项目遵循以下规范：

  • Python代码: PEP 8编码规范
  • C++代码: Google C++编码规范
  • ROS2: ROS2官方开发规范
  • 文档: 使用中文注释，遵循Google风格

故障排除

问题1: Gazebo无法启动

  • 检查Gazebo是否正确安装
  • 确认ROS2环境变量已加载

问题2: 机器人不移动

  • 检查控制器是否加载成功
  • 确认话题名称是否正确
  • 查看ros2 control list_controllers输出

问题3: SLAM建图效果差

  • 调整机器人移动速度（降低速度）
  • 检查激光雷达数据质量
  • 优化SLAM参数配置

问题4: 地图保存失败

  • 确认地图保存路径有写权限
  • 检查SLAM节点是否正常运行

扩展功能

未来可添加的功能

  • 导航功能（Nav2集成）
  • 路径规划
  • 自主探索
  • 多机器人协同SLAM
  • 3D SLAM支持

技术参考

许可证

Apache-2.0 License

联系方式

项目作者: 欧林海
邮箱: franka907@126.com

欢迎发送建议或反馈！

About

基于雷达建图的自主导航机器人

Resources

Readme
Activity

Stars

0 stars

Watchers

0 watching

Forks

0 forks
Report repository

Releases

No releases published

Packages

 
 
 

Contributors

Languages