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5.7.3 小车建图导航

点击观看 进迭时空官方视频

案例简介​

该 Demo 展示了进迭时空 K1 芯片驱动小车进行建图和导航的应用案例，涵盖了建图、导航和避障等核心功能。

支持平台​

  • 平台：基于进迭时空 K1 芯片的开发板均可（Muse Book、Muse Pi、Muse Pi Pro、BPi等）。
  • 操作系统：推荐使用 Bianbu OS 2.0 以上版本。
  • ROS 系统：ROS2 Humble。

模块清单​

为了实现上述功能，系统需要以下各模块的协同工作：

  • 激光雷达模块 该模块负责扫描并获取周围环境的激光数据，为建图模块和导航模块提供实时的环境信息，帮助系统进行准确的定位和地图构建。

  • 底盘模块（轮趣科技 ROS 教育小车） 底盘模块发布机器人底盘的实时状态信息，供建图和导航模块使用。同时，接收来自控制模块的运动指令，将其转化为各电机的控制命令，确保机器人按预定轨迹移动。

  • 建图模块 建图模块结合激光雷达数据和底盘信息，实时构建并更新机器人所处环境的地图。通过持续积累和优化数据，帮助系统获得更加精确的环境模型。

  • 导航模块 导航模块基于已构建的地图以及激光雷达和底盘数据，计算出从当前位置到目标位置的最优路径。它负责路径规划，确保机器人能够顺利导航到指定位置。

  • 障碍检测模块 该模块利用激光雷达实时监测周围环境，检测并识别潜在的障碍物。通过障碍物信息的反馈，帮助系统实现避障功能，保证机器人在复杂环境中的安全运行。

  • 控制模块（Muse Pi 开发板） 控制模块接收导航模块规划的路径信息，并根据这些指令控制机器人进行精准的运动。它负责将高层指令转化为实际的控制信号，调度底盘模块驱动各个电机实现机器人的运动。

环境搭建​

参考 5.1.2节 在 Muse Pi 开发板上搭建 ROS2 环境。

编译驱动和 ROS 包​

配置 CH343(CP9102) 驱动​

雷达等传感器可通过 USB 转串口设备连接到 Muse Pi 开发板，实现传感器与开发板之间的数据收发。

  • 下载源码
git clone https://github.com/WCHSoftGroup/ch343ser_linux.git
  • 编译并安装
cd ch343ser_linux/driver
sudo make install

编译雷达驱动​

mkdir -p ~/ros2_humble_space
tar -zxvf YDLidar-SDK.tar.gz -C ~/ros2_humble_space
  • 编译
cd ~/ros2_humble_space/YDLidar-SDK
mkdir build && cd  build
cmake ..
cmake --build .
cmake --install .

编译建图导航相关包​

  • 下载 ROS 包源码

首先，下载相关的源码包 k1_origin_src.tar.gz。

  • 解压源码

解压下载的源码包，并将其存放在指定的工作空间中：

mkdir -p ~/ros2_humble_space/k1_origin_ws
tar -zxvf k1_origin_src.tar.gz -C ~/ros2_humble_space/k1_origin_ws

编译 serial_ros2 包​

serial_ros2 包是一个用于串口通信的 ROS2 驱动包，主要用于与通过串口连接的外部硬件设备（如传感器、执行器、控制板等）进行数据交换。

进入 serial_ros2 目录，执行编译命令：

cd ~/ros2_humble_space/k1_origin_ws/src/originbot_driver/serial_ros2
make && sudo make install
make clean

编译 qpOASES 包​

qpOASES 包是一个用于求解二次规划问题（Quadratic Programming, QP）的库。

首先创建 build 目录，然后执行编译：

cd ~/ros2_humble_space/k1_origin_ws/src/originbot_driver/qpOASES
mkdir build && cd build
cmake ..
make && sudo make install
cd .. && rm -r build/

编译所有包​

最后，编译整个工作空间的所有包。首先激活 ROS 环境：

source ~/ros2_humble_space/ros2_humble/setup.zsh
source ~/ros2_humble_space/ros2_humble_extra/local_setup.zsh

然后执行 colcon 命令，编译工作空间中的所有包：

cd ~/ros2_humble_space/k1_origin_ws/
colcon build

编译源码​

K1端​

  • 安装 ROS 依赖包
sudo apt install -y ros-dev-tools ros-humble-ros-base \
python3-numpy 'ros-humble-cartographer*' 'ros-humble-nav*' libpcap0.8-dev libuvc-dev \
ros-humble-filters ros-humble-turtlesim ros-humble-camera-info-manager ros-humble-pcl-ros \
ros-humble-image-common ros-humble-image-geometry ros-humble-robot-localization \
ros-humble-joint-state-publisher
  • 下载源码压缩包

下载源码包：src_k1.tar.gz。

  • 解压并编译源码
mkdir -p ~/wheeltec_ws
tar -zxvf src_k1.tar.gz -C ~/wheeltec_ws
cd ~/wheeltec_ws/src
colcon build
  • 设置串口（注意设备号）

根据实际设备号设置串口规则。

udevadm info --query=all --name=/dev/ttyCH343USB1
echo 'KERNEL=="ttyCH343USB*", ATTRS{idVendor}=="1a86", ATTRS{idProduct}=="55d4", ATTRS{serial}=="0002", MODE:="0777", SYMLINK+="wheeltec_controller"' > /etc/udev/rules.d/wheeltec_controller2.rules

# CH9102 串口设置（确保系统安装了对应驱动），串口号为 0001，设置别名为 wheeltec_lidar
echo 'KERNEL=="ttyCH343USB*", ATTRS{idVendor}=="1a86", ATTRS{idProduct}=="55d4", ATTRS{serial}=="0001", MODE:="0777", SYMLINK+="wheeltec_lidar"' > /etc/udev/rules.d/wheeltec_lidar2.rules

sudo udevadm control --reload-rules
sudo udevadm trigger

PC端​

  • 安装 ROS 依赖包
sudo apt install -y ros-dev-tools ros-humble-ros-base \
python3-numpy 'ros-humble-cartographer*' 'ros-humble-nav*' libpcap0.8-dev libuvc-dev \
ros-humble-filters ros-humble-turtlesim ros-humble-camera-info-manager ros-humble-pcl-ros \
ros-humble-image-common ros-humble-image-geometry ros-humble-robot-localization \
ros-humble-joint-state-publisher
  • 下载源码压缩包

下载源码包：src_pc.tar.gz

  • 解压并编译源码
mkdir -p ~/wheeltec_ws
tar -zxvf src_k1.tar.gz -C ~/wheeltec_ws
cd ~/wheeltec_ws/src
colcon build

启动命令​

同时建图导航​

  • PC 端开启可视化
ros2 launch wheeltec_rviz2 wheeltec_rviz.launch.py
  • K1 端启动建图与导航
ros2 launch wheeltec_nav2 wheeltec_nav2_for_slam.launch.py

分别建图导航​

  • PC 端开启可视化
ros2 launch originbot_viz display_slam.launch.py

建图​

在 Muse Pi 开发板上执行以下命令：

  • 使用 slam_gmapping
ros2 launch slam_gmapping slam_gmapping.launch.py
  • 使用 cartographer
ros2 launch wheeltec_cartographer cartographer.launch.py
  • 保存地图
ros2 run nav2_map_server map_saver_cli -f spacemit1

导航​

  • 首先关闭建图功能

  • 在 PC 端开启可视化

ros2 launch wheeltec_rviz2 wheeltec_rviz.launch.py
  • 在 Muse Pi 开发板上，替换地图后执行 colcon build 一次，再启动导航
ros2 launch wheeltec_nav2 wheeltec_nav2.launch.py