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| 1 | +--- |
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| 3 | +theme: TsinghuaPPT |
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| 17 | + |
| 18 | +# Formula Mini (Tianracer) 实战指南 |
| 19 | + |
| 20 | +**目标**:掌握赛车启动、调试、建图与导航 |
| 21 | + |
| 22 | +**设备**:Tianracer (Formula Mini) |
| 23 | +**环境**:ROS 2 (Robot Operating System) |
| 24 | + |
| 25 | +--- |
| 26 | + |
| 27 | +## 📋 本节目录 |
| 28 | + |
| 29 | +1. 启动机器人 (Interfacing) |
| 30 | +2. 可视化调试 (RViz) |
| 31 | +3. 激光建图 (SLAM) |
| 32 | +4. 反应式运动 (Reactive) |
| 33 | +5. 自动导航 (Navigation) |
| 34 | + |
| 35 | +--- |
| 36 | + |
| 37 | +# 1️⃣ 启动机器人 (Interfacing) |
| 38 | + |
| 39 | +## 一键启动 vs 分布启动 🚀 |
| 40 | + |
| 41 | +要让机器人动起来,我们有两种方式: |
| 42 | + |
| 43 | +1. **一键启动 (All at once)**:就像打开总开关,启动所有设备。 |
| 44 | +2. **单独启动 (Separately)**:像检查零件一样,单独开启某个传感器。 |
| 45 | + |
| 46 | +### ✅ 推荐:一键启动 |
| 47 | + |
| 48 | +```bash |
| 49 | +ros2 launch tianracer_bringup tianracer_bringup.launch.py |
| 50 | +``` |
| 51 | + |
| 52 | +--- |
| 53 | + |
| 54 | +## 🔧 单独启动硬件 |
| 55 | + |
| 56 | +如果你只想测试某个特定部件,可以使用以下命令: |
| 57 | + |
| 58 | +### 核心底盘与雷达 |
| 59 | + |
| 60 | +```bash |
| 61 | +# 启动底盘(车轮、电机控制) |
| 62 | +ros2 launch tianracer_core tianracer_core.launch.py |
| 63 | + |
| 64 | +# 启动激光雷达(机器人的眼睛) |
| 65 | +ros2 launch tianracer_bringup lidar.launch.py |
| 66 | +``` |
| 67 | + |
| 68 | +--- |
| 69 | + |
| 70 | +## 📷 启动相机与定位 (选配) |
| 71 | + |
| 72 | +根据你的小车配置,选择启动以下设备: |
| 73 | + |
| 74 | +```bash |
| 75 | +# 启动 RGBD 深度相机 |
| 76 | +ros2 launch tianracer_bringup rgbd_camera.launch.py |
| 77 | + |
| 78 | +# 启动普通 USB 摄像头 |
| 79 | +ros2 launch tianracer_bringup usb_cam.launch.py |
| 80 | + |
| 81 | +# 启动 GPS 定位模块 |
| 82 | +ros2 launch tianracer_bringup gps.launch.py |
| 83 | +``` |
| 84 | + |
| 85 | +--- |
| 86 | + |
| 87 | +# 2️⃣ 可视化调试 (RViz) 🔍 |
| 88 | + |
| 89 | +## 什么是 RViz? |
| 90 | + |
| 91 | +**RViz** 是 ROS 的可视化工具。 |
| 92 | +它能把机器人看到的数字信号(雷达点云、坐标)变成我们要看懂的图像。 |
| 93 | + |
| 94 | +> **💡 提示**:下面的命令需要在电脑端的终端运行,不是在小车上! |
| 95 | +
|
| 96 | +--- |
| 97 | + |
| 98 | +## 查看传感器数据 (1/2) |
| 99 | + |
| 100 | +```bash |
| 101 | +# 1. 查看激光雷达 (Lidar) |
| 102 | +# 看到周围环境的轮廓点 |
| 103 | +ros2 launch tianracer_rviz view_lidar.launch.py |
| 104 | + |
| 105 | +# 2. 查看惯性测量单元 (IMU) |
| 106 | +# 看到小车的姿态(是不是歪了) |
| 107 | +ros2 launch tianracer_rviz view_imu.launch.py |
| 108 | + |
| 109 | +# 3. 查看里程计 (Odom) |
| 110 | +# 看到小车走过的轨迹 |
| 111 | +ros2 launch tianracer_rviz view_odom.launch.py |
| 112 | +``` |
| 113 | + |
| 114 | +--- |
| 115 | + |
| 116 | +## 查看传感器数据 (2/2) |
| 117 | + |
| 118 | +```bash |
| 119 | +# 4. 查看摄像头图像 |
| 120 | +# 就像看监控画面 |
| 121 | +ros2 launch tianracer_rviz view_image.launch.py |
| 122 | + |
| 123 | +# 5. 查看机器人模型 (URDF/TF) |
| 124 | +# 检查机器人的关节和坐标系是否正常 |
| 125 | +ros2 launch tianracer_rviz view_robot.launch.py |
| 126 | +``` |
| 127 | + |
| 128 | +--- |
| 129 | + |
| 130 | +# 3️⃣ 激光建图 (Mapping) 🗺️ |
| 131 | + |
| 132 | +## 绘制地图 (SLAM) |
| 133 | + |
| 134 | +启动机器人后,我们需要让它在一个陌生环境中走一圈,把地图画出来。我们提供三种算法: |
| 135 | + |
| 136 | +```bash |
| 137 | +# 方式 1: GMapping (经典算法,最常用) |
| 138 | +ros2 launch tianracer_slam gmapping.launch.py |
| 139 | + |
| 140 | +# 方式 2: SLAM Toolbox (功能更强大) |
| 141 | +ros2 launch tianracer_slam slam_toolbox.launch.py |
| 142 | + |
| 143 | +# 方式 3: Cartographer (Google 开发,精度高) |
| 144 | +ros2 launch tianracer_slam cartographer.launch.py |
| 145 | +``` |
| 146 | + |
| 147 | +--- |
| 148 | + |
| 149 | +## 查看与保存地图 💾 |
| 150 | + |
| 151 | +### 实时查看建图过程 |
| 152 | + |
| 153 | +```bash |
| 154 | +ros2 launch tianracer_rviz view_mapping.launch.py |
| 155 | +``` |
| 156 | + |
| 157 | +### 保存地图 (重要!) |
| 158 | + |
| 159 | +建图完成后,必须保存才能在导航中使用。 |
| 160 | +地图默认保存在 `tianracer_slam/maps/` 目录下,文件名为 `tianbot_office`。 |
| 161 | + |
| 162 | +```bash |
| 163 | +ros2 launch tianracer_slam map_save.launch.py |
| 164 | +``` |
| 165 | + |
| 166 | +--- |
| 167 | + |
| 168 | +# 4️⃣ 反应式运动 (Reactive) ⚡ |
| 169 | + |
| 170 | +## 什么是反应式运动? |
| 171 | + |
| 172 | +不需要地图,机器人直接根据传感器数据做出反应。就像人的**条件反射**。 |
| 173 | + |
| 174 | +```bash |
| 175 | +# 1. 沿墙走 (Wall Following) |
| 176 | +# 贴着墙壁自动行驶 |
| 177 | +ros2 launch tianracer_navigation wall_following.launch.py |
| 178 | + |
| 179 | +# 2. 竞速模式 1 (NPU Battle Fast 1) |
| 180 | +ros2 launch tianracer_navigation npu_battle_fast1.launch.py |
| 181 | + |
| 182 | +# 3. 竞速模式 2 (NPU Battle Fast 2) |
| 183 | +ros2 launch tianracer_navigation npu_battle_fast2.launch.py |
| 184 | +``` |
| 185 | + |
| 186 | +--- |
| 187 | + |
| 188 | +# 5️⃣ 自动导航 (Navigation) 🧭 |
| 189 | + |
| 190 | +## 导航的核心组合 |
| 191 | + |
| 192 | +导航 = **规划器 (Planner)** + **控制器 (Controller)** |
| 193 | + |
| 194 | +* **Planner**: 大脑,规划从 A 到 B 的路线。 |
| 195 | +* **Controller**: 手脚,控制油门和方向盘去执行路线。 |
| 196 | + |
| 197 | +> **注意**:运行以下命令前,请确保已经保存了地图,并修改命令中的 `use_map` 参数为你实际的地图名。 |
| 198 | +
|
| 199 | +--- |
| 200 | + |
| 201 | +## 经典导航组合 |
| 202 | + |
| 203 | +最常用的两种配置: |
| 204 | + |
| 205 | +```bash |
| 206 | +# 组合 1: NavFn (规划) + DWB (控制) |
| 207 | +# 最标准的 ROS2 导航配置 |
| 208 | +ros2 launch tianracer_navigation2 nav2.launch.py \ |
| 209 | +use_map:=tianbotoffice_603 use_planner:=navfn_dwb |
| 210 | +``` |
| 211 | + |
| 212 | +```bash |
| 213 | +# 组合 2: NavFn (规划) + TEB (控制) |
| 214 | +# TEB 算法对动态避障效果更好 |
| 215 | +ros2 launch tianracer_navigation2 nav2.launch.py \ |
| 216 | +use_map:=tianbotoffice_603 use_planner:=navfn_teb |
| 217 | +``` |
| 218 | + |
| 219 | +--- |
| 220 | + |
| 221 | +## 进阶算法组合 (1/2) 🧠 |
| 222 | + |
| 223 | +适合复杂场景或高速赛车: |
| 224 | + |
| 225 | +```bash |
| 226 | +# 组合 3: SMAC + Graceful |
| 227 | +# SMAC 适合非全向移动机器人 |
| 228 | +ros2 launch tianracer_navigation2 nav2.launch.py \ |
| 229 | +use_map:=tianbotoffice_603 use_planner:=smac_graceful |
| 230 | +``` |
| 231 | + |
| 232 | +```bash |
| 233 | +# 组合 4: Theta* + MPPI |
| 234 | +# MPPI 是基于模型的预测控制,非常先进 |
| 235 | +ros2 launch tianracer_navigation2 nav2.launch.py \ |
| 236 | +use_map:=tianbotoffice_603 use_planner:=theta_star_mppi |
| 237 | +``` |
| 238 | + |
| 239 | +--- |
| 240 | + |
| 241 | +## 进阶算法组合 (2/2) 🏎️ |
| 242 | + |
| 243 | +```bash |
| 244 | +# 组合 5: Theta* + Regulated Pure Pursuit (纯追踪) |
| 245 | +# 纯追踪算法适合高速循迹 |
| 246 | +ros2 launch tianracer_navigation2 nav2.launch.py \ |
| 247 | +use_map:=tianbotoffice_603 use_planner:=theta_star_rpp |
| 248 | +``` |
| 249 | + |
| 250 | +```bash |
| 251 | +# 组合 6: Theta* + Vector Pursuit (向量追踪) |
| 252 | +# 改进版的追踪算法 |
| 253 | +ros2 launch tianracer_navigation2 nav2.launch.py \ |
| 254 | +use_map:=tianbotoffice_603 use_planner:=theta_star_vector_pur |
| 255 | + |
| 256 | +``` |
| 257 | + |
| 258 | +--- |
| 259 | + |
| 260 | +## 📚 本节总结 |
| 261 | + |
| 262 | +| 步骤 | 关键命令 (简化) | 作用 | |
| 263 | +| --- | --- | --- | |
| 264 | +| 1. 启动 | `ros2 launch tianracer_bringup bringup.launch.py` | 唤醒机器人 | |
| 265 | +| 2. 调试 | `ros2 launch tianracer_rviz view_lidar.launch.py` | 检查传感器 | |
| 266 | +| 3. 建图 | `ros2 launch tianracer_slam gmapping.launch.py` | 绘制环境 | |
| 267 | +| 4. 保存 | `ros2 launch tianracer_slam map_save.launch.py` | 留下地图 | |
| 268 | +| 5. 导航 | `ros2 launch tianracer_navigation2 nav2.launch.py` | 自动驾驶 | |
| 269 | + |
| 270 | +--- |
| 271 | + |
| 272 | +# 实战演练 🎮 |
| 273 | + |
| 274 | +**课堂任务**: |
| 275 | + |
| 276 | +1. [ ] 使用 GMapping 算法构建教室的地图 |
| 277 | +2. [ ] 成功保存地图文件 |
| 278 | +3. [ ] 使用 NavFn + DWB 组合,让小车自动从门口走到讲台 |
| 279 | + |
| 280 | +**遇到问题?** |
| 281 | +如果导航时小车原地打转,请检查是否正确设置了初始位置 (Initial Pose)。 |
| 282 | + |
| 283 | +<!-- _footer: ■ tianbot --> |
| 284 | + |
| 285 | +--- |
| 286 | + |
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