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File metadata and controls

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差速驱动机器人项目 (Diff Robot)

基于ROS2的差速驱动机器人仿真与控制系统，支持Gazebo物理仿真、键盘遥控及基于势场法（APF）的自动避障导航。

环境要求

  • 操作系统: Ubuntu 22.04 LTS (推荐)
  • ROS2版本: Humble Hawksbill
  • 依赖:
    • ros-humble-desktop
    • ros-humble-ros2-control
    • ros-humble-ros2-controllers
    • ros-humble-gazebo-ros-pkgs
    • ros-humble-gazebo-ros2-control
    • ros-humble-xacro

快速开始

1. 环境配置

source scripts/env_setup.sh

2. 一键编译

./scripts/build_all.sh

3. 启动仿真

ros2 launch diff_robot_control gazebo.launch.py

4. 键盘遥控

ros2 run diff_robot_teleop teleop_twist_keyboard

5. 自动避障导航

ros2 launch diff_robot_navigation navigation.launch.py

安装依赖

# 安装ROS2 Humble (如未安装)
sudo apt install ros-humble-desktop

# 安装额外依赖
sudo apt install \
  ros-humble-ros2-control \
  ros-humble-ros2-controllers \
  ros-humble-gazebo-ros-pkgs \
  ros-humble-gazebo-ros2-control \
  ros-humble-xacro \
  ros-humble-joint-state-publisher-gui

编译

# 进入工作空间
cd diff_robot

# 安装依赖
rosdep install --from-paths src --ignore-src -r -y

# 编译
colcon build --symlink-install

# 加载环境
source install/setup.bash

启动

1. 启动Gazebo仿真

ros2 launch diff_robot_control gazebo.launch.py

2. 启动键盘遥控

ros2 run diff_robot_teleop teleop_twist_keyboard

3. 查看机器人模型

ros2 launch diff_robot_description view_robot.launch.py

4. 启动自动避障

ros2 launch diff_robot_navigation navigation.launch.py

5. Docker 运行

# 构建并启动
docker compose -f docker/docker-compose.yaml build
docker compose -f docker/docker-compose.yaml up -d
docker compose -f docker/docker-compose.yaml exec diff-robot bash

# 容器内运行
ros2 launch diff_robot_control gazebo.launch.py

使用说明

话题列表

话题名称 类型 说明
/diff_drive_controller/cmd_vel_unstamped geometry_msgs/Twist 速度控制指令（差速驱动控制器）
/odom nav_msgs/Odometry 里程计数据
/joint_states sensor_msgs/JointState 关节状态
/scan sensor_msgs/LaserScan 激光雷达扫描数据（避障输入）

键盘遥控说明

按键 功能
w 前进
x 后退
a 左转
d 右转
s 停止
q/z 增加/减少线速度 (10%)
e/c 增加/减少角速度 (10%)

遥控节点可配置参数（通过 --ros-args -p 或 YAML 配置）：

参数 默认值 说明
linear_speed 0.5 初始线速度 (m/s)
angular_speed 1.0 初始角速度 (rad/s)
max_linear_speed 2.0 最大线速度 (m/s)
max_angular_speed 4.0 最大角速度 (rad/s)
cmd_vel_topic /diff_drive_controller/cmd_vel_unstamped 发布的速度话题

避障节点参数

避障节点使用人工势场法（APF），参数可通过 obstacle_avoidance.yaml 配置：

参数 默认值 说明
linear_speed 0.3 最大线速度 (m/s)
angular_speed 0.8 最大角速度 (rad/s)
safety_distance 0.3 安全距离（小于此距离紧急停止）(m)
influence_distance 1.5 障碍物影响距离 (m)
attractive_gain 1.0 吸引力增益
repulsive_gain 100.0 排斥力增益
angular_gain 2.0 角度到角速度的增益

速度控制示例

# 发布前进指令
ros2 topic pub /diff_drive_controller/cmd_vel_unstamped geometry_msgs/Twist "{linear: {x: 0.5}, angular: {z: 0.0}}"

功能包说明

diff_robot_description

机器人描述文件包，包含：

  • URDF/xacro 机器人模型（底盘、差速轮、万向轮、2D激光雷达）
  • RViz 配置文件

diff_robot_control

仿真与控制包，包含：

  • Gazebo Classic 仿真启动文件
  • ros2_control 控制器配置
  • 差速驱动控制器（DiffDriveController）+ 关节状态广播器

diff_robot_teleop

遥控节点包，包含：

  • 键盘遥控节点（支持速度动态调节）
  • 可配置的速度上下限与话题名称

diff_robot_navigation

导航与避障功能包，包含：

  • 基于人工势场法（APF）的自动避障节点
  • 激光雷达数据实时处理（URDF 内置 360 度 2D LiDAR）
  • 激光雷达数据看门狗（无数据时自动停车并报警）
  • 可配置的安全距离、影响力范围及增益参数

许可证

Apache License 2.0