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qdu26_sentry_navigation

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青岛大学未来战队26赛季哨兵导航相关代码

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# 青岛大学未来战队 RoboMaster 26赛季 哨兵导航文档（qdu26_sentry_mix）

---

## 0. 概述

ROS2 Humble 哨兵机器人导航工程，基于 [SMBU PolarBear 队伍开源工程](https://github.com/SMBU-PolarBear-Robotics-Team/pb2025_sentry_nav) 改造而来。

- 雷达：**Odin1**（里程计/重定位） + **Livox MID360**
- SLAM：使用 Odin1 原生重定位，输出 `map → odom`
- 里程计：Odin1 发布 `odom → odin1_base_link`
- 导航：Nav2 + 自研代价地图层 + PB Pursuit 控制器
- 通信：与下位机 libxr 通过 ros2_libxr 对接（可自行替换为自家上下位机通信程序）
---

## 1. 仓库结构

```
qdu26_sentry_mix/
├── nav_start.sh              # 等待 odin1 重定位完成后再启动导航
├── nav_start_wr.sh           # 不等重定位，直接启动（即无重定位导航）
├── save_pcd.sh               # 累积 fused 点云保存为 PCD（odin1的SLAM启动时的一个建pcd的脚本）
├── HANDOVER.md               # ← 你正在看的这份
└── src/
    ├── qdu2026_sentry_nav/                # 主导航工程
    │   ├── qdu2026_nav_bringup/           # 启动入口、地图、参数、行为树
    │   │   ├── launch/                    # rm_navigation_launch / bringup / localization / navigation / slam / rviz
    │   │   ├── config/nav2_params.yaml    # 全部节点的统一参数文件
    │   │   ├── behavior_trees/*.xml       # Nav2 行为树（恢复行为在这里调）
    │   │   ├── map/<world>.{pgm,yaml}     # 静态栅格地图
    │   │   └── pcd/<world>.pcd            # 先验点云（在没有odin1时，用于重定位，现在有了odin1重定位，pcd点云已经不再是必须）
    │   ├── odin1_integration/             # odin1融合的核心节点
    │   │   ├── src/pointcloud_fusion_node.cpp     # 双雷达点云融合（最重要）
    │   │   ├── src/approach_velocity_controller.cpp # 接近目标减速（防止机器人过快，目标点检测容忍度低，机器人到目标点后发生绕圈振荡）
    │   │   ├── src/odometry_to_tf_node.cpp        # odom→TF 转换
    │   │   ├── src/tf_inverter_node.cpp           # TF 取反（odin1的TF链路是odom->map，和正常的相反）
    │   │   ├── src/goal_status_node.cpp           # 目标点状态汇报（与决策树通信的测试代码，可删除）
    │   │   └── launch/odin1_integration_launch.py
    │   ├── sensor_scan_generation/        # 点云去畸变 + odom→base TF + 云台旋转补偿
    │   ├── terrain_analysis/              # 局部地形分析（local costmap 输入）
    │   ├── terrain_analysis_ext/          # 远距离地形分析（global costmap 输入）
    │   ├── pointcloud_to_laserscan/       # 把 terrain_map 变 LaserScan 给 costmap
    │   ├── pb_nav2_plugins/               # IntensityVoxelLayer、BackUpFreeSpace 等插件
    │   ├── pb_omni_pid_pursuit_controller/# 全向 PID 跟踪控制器（FollowPath 插件）
    │   ├── fake_vel_transform/            # gimbal_yaw_fake 帧 + 旋转坐标系下的速度变换
    │   ├── livox_ros_driver2/             # MID360 驱动
    │   └── loam_interface/                # 占位，无实际用途
    ├── qdu2026_robot_description/         # 机器人 URDF/xmacro，发布 robot_description + 静态 TF
    ├── pcd2pgm/                           # PCD 点云转栅格 pgm 地图
    └── sdformat_tools/                    # xmacro→sdf→urdf 工具链
```

> `qdu2026_robot_description`、`pcd2pgm`、`sdformat_tools` 是子模块，其中 `qdu2026_robot_description`是由[北极熊战队2025赛季通用机器人关节描述包](https://github.com/SMBU-PolarBear-Robotics-Team/pb2025_robot_description)修改而来。

---

## 2. 数据链路

```
                ┌────────────────────────┐
   Odin1 驱动 ──┤ odin1/cloud_raw        │
                │ odin1/odometry         │
                │ TF: map→odom           │
                │ TF: odom→odin1_base_link│
                └─────────────┬──────────┘
                              │
              ┌───────────────┴────────────────────────┐
              │                                        │
              ▼                                        ▼
       MID360 驱动 ──── /livox/lidar               (各路点云)
                              │
                              ▼
            ┌────────────────────────────────┐
            │ pointcloud_fusion_node         │  ← odin1_integration
            │ ・两路点云都 TF 到 base_footprint│
            │ ・做自过滤（去掉自己车身的点） │
            │ ・输出 fused_pointcloud (RELIABLE) │
            └─────────────┬──────────────────┘
                          │
        ┌─────────────────┼───────────────────────────┐
        ▼                 ▼                           ▼
 sensor_scan_generation  terrain_analysis    terrain_analysis_ext
 (TF 发布 + 去畸变)      (5m 半径)           (20m 半径)
        │                 │                           │
        │            terrain_map               terrain_map_ext
        │                 │                           │
        │                 ▼                           ▼
        │          local_costmap (intensity_voxel)  global_costmap
        │                 │                           │
        ▼                 ▼                           ▼
   /odometry       Nav2 controller_server / planner_server
                          │
                          ▼
                  cmd_vel_nav2_result
                          │
                  fake_vel_transform   ← 把 gimbal_yaw_fake 系下的速度变到 chassis 系
                          │
                          ▼
                       cmd_vel  ──→ ros2_libxr(上下位机通信程序) ──→ 底盘
```

---

## 3. TF 树

```
map
 └── odom                              ← Odin1 重定位发布
      ├── odin1_base_link              ← Odin1 里程计
      │     └── front_mid360 (静态)    ← robot_description_launch.py
      └── base_footprint               ← sensor_scan_generation 发布（odom→base_footprint）
            ├── gimbal_yaw_fake (动态) ← fake_vel_transform
            └── chassis
                  ├── gimbal_yaw_odom → gimbal_pitch_odom → gimbal_yaw → front_mid360
                  └── wheels / armor / ...
```

---

## 4. 编译 & 环境

### 4.1 系统依赖

```bash
sudo apt update
sudo apt install -y git python3-pip git-lfs
pip3 install xmacro
```

本代码运行环境为 ROS 2 Humble + Ubuntu 22.04，未对其他版本的Ubuntu或ROS2进行测试。

### 4.2 三个外部工程（未在本仓库）

启动脚本会 source 它们，缺一不可：

| 路径 | 作用 |
|---|---|
| `/opt/ros/humble` | ROS 2 Humble |
| `~/codes/ros2_libxr` | 与下位机通信（可自行替换为自家上下位机通信程序） |
| `~/codes/catkin_ws` | Odin1 驱动 `odin_ros_driver` |
| `~/codes/qdu26_sentry_mix` | 本仓库 |

下面三个仓库需要你自己 clone 编译：
- `ros2_libxr`：上下位机通信（可自行替换为自家上下位机通信程序）
- `odin_ros_driver`：Odin1 雷达驱动（重定位/里程计输出）
- 本仓库

### 4.3 拉取代码（含 submodule）

本仓库内含多个 submodule（pb2025_robot_description / pcd2pgm / sdformat_tools / livox_ros_driver2 / pb_omni_pid_pursuit_controller / pb_nav2_plugins / pointcloud_to_laserscan）。

方式一：

```bash
git clone --recurse-submodules https://github.com/QDU-VRobot/qdu26_sentry_navigation.git ~/codes/qdu26_sentry_mix
cd ~/codes/qdu26_sentry_mix
```

方式二（已经 clone 过没拉 submodule）：

```bash
cd ~/codes/qdu26_sentry_mix
git submodule update --init --recursive
```

### 4.4 编译

```bash
cd ~/codes/qdu26_sentry_mix
rosdep install -r --from-paths src --ignore-src --rosdistro $ROS_DISTRO -y
colcon build --symlink-install --cmake-args -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release
source install/setup.bash
```
---

## 5. 启动流程

> 在启动之前，请修改 pb2025_robot_description，即机器人描述文件，修改内容可见原仓库

> 本导航重定位采用odin1的地图作为先验地图，无需pcd点云，导航启动时仅需传入pgm地图标明障碍物即可

> 若进行重定位导航，请确保odin1驱动文件中已改为重定位模式且有重定位地图

> 若进行无重定位导航，即使用里程计导航，请确保odin1驱动文件中已改为里程计模式

> 启动脚本中均为绝对路径，请自行进行修改

### 5.1 有重定位进行启动

```bash
cd ~/codes/qdu26_sentry_mix
./nav_start.sh rmuc          # rmuc / rmul / kongbai 等，对应 map/<name>.yaml
```

`nav_start.sh` 顺序：
1. 启动 ros2_libxr（或替换为自家上下位机通信程序）
   
2. 清空 cmd_vel 的旧值
   
3. 启动 Odin1，进行重定位，**等到日志里出现 `relocalization success`** 相关字样后才继续
   
4. 启动 robot_description（URDF + 静态 TF）
   
5. 启动 Nav2

### 5.2 无重定位进行启动

```bash
./nav_start_wr.sh rmuc
```
1. 启动 ros2_libxr（或替换为自家上下位机通信程序）
 
3. 清空 cmd_vel 的旧值
   
5. 启动 Odin1
   
7. 启动 robot_description（URDF + 静态 TF）
   
9. 发布一个map到odom坐标系为0 0 0 0 0 0的静态TF变换
    
11. 启动 Nav2

### 5.3 建图流程

1.将odin1的驱动程序改为SLAM模式

2.启动odin1驱动

3.odin1用于重定位的地图为自己的私有格式，不是pcd格式，故odin1自己的地图需要单独保存，具体步骤可阅读[odin1文档](https://github.com/manifoldsdk/odin_ros_driver)，此处不再赘述

4.单开终端运行save_pcd.sh读取/odin1/cloud_slam话题进行建立pcd点云图

```bash
./save_pcd.sh <新世界名>.pcd <体素大小，默认0.05>
例:./save_pcd.sh 306.pcd 0.05
```
> 此pcd点云图仅用于后续使用pcd2pgm工具转为pgm地图

5.待哨兵绕圈剪完图后，保存odin1地图，同时Ctrl+C退出save_pcd.sh脚本，等待保存即可

### 5.4 PCD → PGM
```bash
#首先将pcd点云移至src/pcd2pgm/pcd
source install/setup.bash
#然后修改src/pcd2pgm/config/pcd2pgm.yaml参数文件的pcd文件路径
ros2 launch pcd2pgm pcd2pgm_launch.py
#然后看看rviz2里面的栅格地图，如果角度，高度不对，就改pcd2pgm.yaml中的参数
ros2 run nav2_map_server map_saver_cli -f <新世界名>
# 生成的 <新世界名>.{pgm,yaml} 移到 qdu2026_nav_bringup/map/
```

---

## 6. 关键参数（nav2_params.yaml）

文件路径：`src/qdu2026_sentry_nav/qdu2026_nav_bringup/config/nav2_params.yaml`

### 6.1 pointcloud_fusion（双雷达融合）

| 参数 | 当前值 | 说明 |
|---|---|---|
| `output_frame` | `base_footprint` | 必须是 `base_footprint`，不能用云台帧 |
| `enable_deskew` | `true` | 用 IMU 做点云去畸变 |
| `max_sync_diff_sec` | `0.15` | mid360 与 odin1 时间戳同步窗口，太小会丢帧 |
| `mid360_queue_size` | `5` | 缓存几帧 mid360 等 odin1 |
| `publish_reliable` | `true` | RELIABLE，下游 terrain_analysis 是 RELIABLE 订阅 |
| `self_filter_half_x/y` | `0.35` | 自过滤盒子半长（去掉车身点云） |
| `self_filter_height` | `0.6` | 自过滤盒子高度 |
| `self_filter_min_z` | `-0.4` | 自过滤盒子下边界 |

### 6.2 sensor_scan_generation（云台旋转补偿）

> 哨兵在进行云台扫描时，扫描出的点云也会旋转，云台转的越快，这个角度偏离越大，故在此处进行一个补偿

| 参数 | 当前值 | 说明 |
|---|---|---|
| `yaw_compensation_factor` | `0.35` | 云台 yaw 角速度的补偿系数，过大会反向飞 |
| `velocity_filter_alpha` | `0.2` | IMU 角速度低通滤波，越小越平滑 |

>补偿用的是 `/livox/imu` 的绝对角速度，**不要**改成 joint_states 相对角度，否则底盘转动会误补偿。

## 7.本项目不足或未完成的方面

1.云台扫描时，扫描出的点云也会旋转，此问题为解决，目前临时解决方案为导航移动时，停止云台扫描

2.odin1与mid360时间戳对齐有些问题，点云融合还需细调

3.目前无法边导航边建图

>希望后续有其他大佬进行优化或改进

---

## 8. 联系方式 / 参考

- 本人QQ：1376982098
- 上游开源：https://github.com/SMBU-PolarBear-Robotics-Team/pb2025_sentry_nav
- Odin1 官方资料：https://manifoldtechltd.github.io/wiki/odin_series/odin1/
- Odin1 驱动代码: https://github.com/manifoldsdk/odin_ros_driver
- ros2_libxr融合串口通信代码: https://github.com/QDU-VRobot/ROS2_LIBXR.git

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