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README_CN.md

File metadata and controls

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atom01_navigation

License: GPL v3 ROS 2 Nav2 Ubuntu C++ Python Build PCL Open3D NumPy

一个移动机器人自主导航系统，集成了高精度定位与 ROS 2 导航堆栈（Nav2）。

English | 中文

目录

概述

ATOM01 导航系统是一个基于 ROS 2 构建的综合性机器人导航解决方案。它结合了基于 3D LiDAR 的 SLAM、UWB 定位和惯性测量，为复杂环境中的机器人提供鲁棒的 3D 定位与建图能力。同时，系统通过适配器将 3D 定位信息转换为 2D 导航所需的格式，与 Nav2 导航堆栈无缝集成，实现了基于 3D 定位和 2D 地图的自主导航功能。

创建者: Yongqi Zhang 联系方式: 1205041724@qq.com

功能特性

  • 高精度定位与建图：基于 FAST-LIO 2 算法的实时 3D 建图与激光雷达-惯性里程计
  • 多传感器融合：集成 Livox 激光雷达、IMU 和 UWB 定位系统
  • Nav2 集成：与 ROS 2 导航堆栈无缝兼容的适配器
  • 实时性能：针对嵌入式系统和资源受限平台优化
  • 3D 点云处理：先进的点云配准和建图能力
  • 高程地图：用于地形分析的全局高程地图生成

系统架构

系统采用分层架构，底层利用 3D 雷达定位 (robots_localization_ros2) 进行高频率、高精度的 6DOF 状态估计；中间层通过适配器模块将 3D 位姿投影并发布 TF 变换；上层对接 2D 地图导航 (Nav2)，实现路径规划与避障。

[ 传感器输入 ]
      |
      v
[ robots_localization_ros2 ] (3D 定位)
  - 输入: Livox LiDAR, IMU, UWB
  - 核心: FAST-LIO 2 (LIO)
  - 输出: 3D 里程计, 点云地图
      |
      v
[ nav2_localization_adapter ] (适配层)
  - 功能: 坐标系变换 (TF), 格式转换
  - 输出: map->odom TF, 2D Pose
      |
      v
[ ROS 2 Nav2 Stack ] (2D 导航)
  - 功能: 全局/局部规划, 避障
  - 输出: 速度控制 (cmd_vel)

功能包

1. robots_localization_ros2

基于 FAST-LIO 2 的核心定位功能包，提供高精度状态估计。

主要功能：

  • 实时激光雷达-惯性里程计（LIO）
  • 3D点云建图
  • 基于 ikd-Tree 的点云管理
  • 全局高程地图生成
  • PCD 地图加载与定位

主要节点：

  • robots_localization_node: 核心定位节点

话题 (Topics)：

  • 订阅: /livox/lidar, /livox/imu
  • 发布: /odometry, /current_pose, /map, /path

更多详细信息请参考： robots_localization_ros2/README.md

2. nav2_localization_adapter

作为 robots_localization (EKF) 与 Nav2 导航协议栈之间的桥梁，在使用可靠里程计融合时无需 AMCL 即可实现无缝导航。

主要功能：

  • 无缝集成: 自动发布 map -> odom 和 odom -> base_link 变换。
  • 2D 地图生成: 包含 pcd2pgm.py 工具，将 3D PCD 点云转化成 Nav2 支持的 2D 占用栅格地图。
  • 航点任务: 灵活的任务执行脚本，支持循环巡逻等模式。
  • 多环境支持: 预配置了针对不同环境的 Nav2 参数文件。

主要节点：

  • nav2_localization_adapter_node: 适配器节点

话题 (Topics)：

  • 订阅: /odometry (来自 robots_localization)
  • 发布: /pose, TF 变换 (map→odom)

更多详细信息请参考： nav2_localization_adapter/README_CN.md

3. nlink_parser_ros2

NLink UWB 定位系统接口和消息定义。包含协议解析与串口通信功能。

子功能包：

  • nlink_parser_ros2: NLink 协议的主解析器
  • nlink_message: NLink 设备的自定义消息定义
  • serial: 跨平台串口通信库

主要节点：

  • linktrack: LinkTrack UWB 传感器驱动节点
  • tofsense: TOFSense 激光测距传感器驱动节点

前置要求

系统要求

  • 操作系统：Ubuntu 22.04
  • ROS 版本：ROS 2 Humble

硬件要求

  • 激光雷达：Livox MID-360 或兼容型号
  • IMU：集成式或外置 IMU（重力单位应为 'g'）
  • UWB 模块：NLink LinkTrack（可选）

依赖项

请参考各个功能包的 README 安装详细依赖。

通用依赖

sudo apt update
sudo apt install -y \
    ros-humble-navigation2 \
    ros-humble-nav2-* \
    ros-humble-pcl-ros \
    ros-humble-pcl-conversions \
    ros-humble-tf2-ros \
    ros-humble-tf2-geometry-msgs \
    libceres-dev \
    ccache

Python 依赖

pip install open3d numpy pyyaml Pillow scipy

第三方库编译

Sophus (推荐 1.22.10)

git clone https://github.com/strasdat/Sophus.git
cd Sophus/
git checkout 1.22.10
mkdir build && cd build
cmake ..
make -j$(nproc)
sudo make install

fmt (需开启 -fPIC)

git clone https://github.com/fmtlib/fmt
cd fmt
mkdir build && cd build
cmake .. -DCMAKE_POSITION_INDEPENDENT_CODE=ON
make -j$(nproc)
sudo make install

注意：必须在 CMakeLists.txt 中添加 add_compile_options(-fPIC) ！！

Livox SDK2 & Driver Livox 驱动推荐安装在工作空间之外，参考链接：Livox-SDK2 和 livox_ros_driver2

# Livox SDK2
git clone https://github.com/Livox-SDK/Livox-SDK2.git
cd Livox-SDK2
mkdir build && cd build
cmake ..
make -j$(nproc)
sudo make install

# Livox ROS Driver2 (建议放在 src 目录外)
git clone https://github.com/Livox-SDK/livox_ros_driver2.git
cd livox_ros_driver2
./build.sh humble

安装

1. 克隆仓库

使用 --recursive 参数自动克隆子模块：

cd ~/
mkdir -p atom01_ws/src
cd atom01_ws/src
git clone --recursive https://github.com/Roboparty/atom01_navigation.git

2. 编译工作空间

cd ~/atom01_ws
colcon build --symlink-install

使用方法

在使用任何命令前，请确保已加载工作空间环境变量：

cd ~/atom01_ws
source install/setup.bash

1. 建图与定位

详细操作请参考 robots_localization_ros2/README.md。

简要步骤：

  1. 启动雷达驱动。
  2. 修改 config/robots_localization.yaml 中的 mapping_en 参数：
    • true: 建图模式
    • false: 定位模式
  3. 启动节点： 
    # 建图模式
# 注：建图和定位使用同一个启动文件，区别在于配置文件中的 mapping_en 参数
ros2 launch robots_localization_ros2 localization.launch.py

# 或 定位模式
ros2 launch robots_localization_ros2 localization.launch.py

2. 导航与地图处理

详细操作请参考 nav2_localization_adapter/README_CN.md。

简要步骤：

  1. PCD 转 2D 地图：使用 pcd2pgm.py 工具转换地图。
  2. 启动导航： 
    ros2 launch nav2_localization_adapter navigation.launch.py map:=<地图路径>

配置说明

robots_localization_ros2

主配置文件：config/robots_localization.yaml

关键参数：

  • common.lid_topic：激光雷达点云话题
  • common.imu_topic：IMU 数据话题
  • preprocess.lidar_type：激光雷达类型（Livox 为 1）
  • mapping_en：建图使能 (true: 建图, false: 纯定位)
  • mapping.extrinsic_T：LiDAR 到 IMU 的平移
  • mapping.extrinsic_R：LiDAR 到 IMU 的旋转

nav2_localization_adapter

详细配置请参考包内文档：nav2_localization_adapter/README_CN.md

已知问题与解决方案

1. 雷达连接问题

  • 检查 IP 配置（机器人不应使用代理）
  • 验证雷达 IP 地址与配置匹配
  • 确保网络接口设置正确

重要说明

  • Livox IMU：重力单位为 'g'，确保代码中的归一化与此匹配
  • MID-360 IMU 外参：在 LiDAR 坐标系中的位置为 [0.011, 0.0234, -0.044]
  • 点云时间戳：Header 时间是最早点的时间；单个点的时间是相对于 header 时间的偏移量（单位：毫秒）
  • PCD 地图：在启动定位模式前，将 PCD 文件放置在指定的地图目录中

贡献指南

欢迎贡献！请随时提交 Pull Request。对于重大更改，请先开启 issue 讨论您想要更改的内容。

开发指南

  1. 遵循 ROS 2 编码标准
  2. 编写清晰的提交信息
  3. 为新功能添加测试
  4. 相应地更新文档

致谢

  • FAST-LIO 2：本项目基于 FAST-LIO 2 算法开发
  • ikd-Tree：高效的点云管理结构
  • Livox Technology：提供激光雷达硬件和驱动支持
  • Nav2：ROS 2 导航堆栈
  • ROS 2 社区：提供优秀的机器人中间件

注意：这是一个活跃开发的项目。功能和 API 可能会发生变化。请查看仓库获取最新更新。