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机器人开源导航案例使用指南

📋 目录​

  1. 系统概述
  2. 环境准备
  3. 硬件连接
  4. 建图操作
  5. 地图编辑
  6. 定位导航
  7. 常见问题

1. 系统概述​

本案例是基于KUAVO导航解决方案，可以实现：

这仅仅是示例，还有一些局限性，比如建图时对于动态障碍物的处理并不好，会把动态障碍物经过的路线识别成障碍物，所以建图时尽量在静态场景，对于地图中的噪点可以通过地图编辑解决。 代码只能部署到机器人上位机

  • 🗺️ 自动建图：扫描环境并生成地图
  • 📍 定位：在地图中确定机器人的位置
  • 🚀 自主导航：自动规划路径并避开障碍物到达目标，在导航时可以动态避障

1.2 系统主要特点​

✅ 开箱即用：预配置好的参数，新手也能快速上手
✅ 功能完整：从建图到导航的一站式解决方案
✅ 实时处理：基于FAST-LIO的SLAM算法

2. 环境准备​

需要使用远程桌面运行程序，方便查看效果，和实现导航

安装依赖：

pip3 install open3d==0.16.0
pip3 install watchdog==4.0.2
sudo apt-get install libsdl-image1.2-dev
# 需要包含ros依赖包 `tf2_sensor_msgs`

拉取代码并编译：

cd ~/kuavo_ros_application
git pull
git checkout opensource/navigation_demo
cd ~/kuavo_ros_application/src/navigation_opensource
catkin build

3. 硬件连接​

3.1 连接Livox激光雷达​

步骤1：测试连接

# 测试网络连通性
ping 192.168.1.191  # 出厂设置，需要确认没问题

# 如果无法ping通，检查：
# 1. 有线是否连接正常
# 2. IP地址是否在同一网段
# 3. 激光雷达是否正常供电

正常连接输出：

雷达连接​

4. 建图操作​

4.1 基础建图流程​

步骤1：启动建图系统

# 进入工作空间
cd ~/kuavo_ros_application/src/navigation_opensource
source devel/setup.bash
# 启动基础建图
roslaunch kuavo_nav_demo kuavo_build_map.launch

步骤2：观察建图效果

  • 打开RViz可视化界面
  • 观察点云地图的构建过程
  • 确认激光雷达数据正常

步骤3：控制机器人移动

  • 使用遥控器或键盘控制机器人
  • 建议速度：0.1-0.4 m/s
  • 避免快速转弯和急停

    也可以挂着机器人建图（不启动机器人），但确保头部角度保持水平不变

步骤4：完成建图

  • 覆盖整个目标区域
  • 确保地图质量正常
  • 保存地图数据

效果如下图： maping

4.4 保存地图​

自动保存

cd ~/kuavo_ros_application/src/navigation_opensource
source devel/setup.bash
# 启动自动保存
roslaunch kuavo_nav_demo save_pgm_map_auto_fix.launch

若未出现报错，现在可以关闭建图相关终端和程序

5. 地图编辑​

  • 地图编辑前后对比图：

5.1 为什么需要编辑地图？​

建图过程中可能会包含：

  • 🚶 动态障碍物（行人、车辆）
  • 🗑️ 临时物体（垃圾桶、椅子）
  • 🌫️ 环境干扰 (场景中包含玻璃等反光性强的物品)

5.2 使用图像编辑软件​

安装编辑工具：

# 安装KolourPaint（推荐）
sudo apt install kolourpaint

# 或安装GIMP
sudo apt install gimp

编辑地图：

# 打开地图文件
kolourpaint ~/kuavo_ros_application/src/navigation_opensource/src/kuavo_nav_demo/maps/test_map.pgm

编辑技巧：

  • 🟦 白色区域：空闲空间（机器人可以通行）
  • ⬛ 黑色区域：障碍物（机器人不能通过）
  • ⬜ 灰色区域：未知区域（机器人谨慎通行）
  • 🖌️ 橡皮：擦除错误障碍物
  • 🖌️ 黑色画笔：添加障碍物

5.3 使用地图编辑器​

启动ROS地图编辑器：

# 进入编辑器目录
cd ~/kuavo_ros_application/src/navigation_opensource/src/ros_map_editor

# 启动编辑器
python3 MapEditor.py ~/kuavo_ros_application/src/navigation_opensource/src/kuavo_nav_demo/maps/test_map.pgm

编辑器功能：

  • 🖱️ 鼠标涂抹编辑
  • 💾 实时保存
  • 🔄 撤销/重做

5.4 地图质量检查​

编辑完成后，请检查：

  • ✅ 地图边界是否完整
  • ✅ 障碍物是否准确
  • ✅ 是否有明显错误

编辑示例：​

编辑前：

m_b

编辑后：

m_a

6. 定位导航​

6.1 启动实物导航系统​

需要先启动机器人 方法1：一键启动（推荐）

cd ~/kuavo_ros_application/src/navigation_opensource
source devel/setup.bash
# 启动完整导航系统
roslaunch kuavo_nav_demo kuavo_nav_test.launch

方法2：分步启动

# 1. 启动激光雷达驱动
roslaunch livox_ros_driver2 msg_MID360.launch

# 2. 启动定位模块
roslaunch kuavo_nav_demo kuavo_localize.launch

# 3. 启动导航模块
roslaunch kuavo_nav_demo kuavo_movebase.launch

6.2 设置初始位姿​

在RViz中设置：

  1. 打开RViz界面
  2. 点击顶部工具栏的"2D Pose Estimate"按钮
  3. 在地图上点击并拖动，设置机器人的初始位置和朝向
  4. 确认位姿准确

初始化前： pose 初始化后： pose

6.3 设置导航目标​

在RViz中设置：

  1. 点击顶部工具栏的"2D Nav Goal"按钮
  2. 在地图上点击并拖动，设置目标位置和朝向
  3. 机器人将自动规划路径并开始导航

6.4 监控导航状态​

查看导航状态：

# 查看导航状态
rostopic echo /move_base/status


# 查看速度命令
rostopic echo /cmd_vel

RViz可视化：

  • 🟢 绿色路径：全局规划路径
  • 🔵 蓝色路径：局部规划路径

6.5 导航参数调整​

调整速度参数：

# 编辑速度参数
vim ~/kuavo_ros_application/src/navigation_opensource/src/kuavo_nav_demo/param/base_local_planner_params.yaml

常用参数：

TrajectoryPlannerROS:
  max_vel_x: 0.5          # 最大前进速度 (m/s)
  min_vel_x: 0.1          # 最小前进速度 (m/s)
  max_vel_theta: 1.0      # 最大旋转速度 (rad/s)
  min_in_place_vel_theta: 0.4  # 最小原地旋转速度
  acc_lim_x: 0.5          # 前进加速度限制
  acc_lim_theta: 0.5      # 旋转加速度限制

调整避障参数：

# 编辑代价地图参数
vim ~/kuavo_ros_application/src/navigation_opensource/src/kuavo_nav_demo/param/costmap_common_params.yaml

常用参数：

obstacle_range: 2.5       # 障碍物检测范围 (m)
raytrace_range: 3.0       # 射线追踪范围 (m)
inflation_radius: 0.55    # 障碍物膨胀半径 (m)
cost_scaling_factor: 10.0 # 代价缩放因子

仿真导航​

如果想研究机器人的规划算法建议使用仿真，不涉及雷达和定位

# 先启动仿真
cd ~/kuavo_ros_application/src/navigation_opensource
source devel/setup.bash
roslaunch kuavo_nav_demo kuavo_nav_test_sim.launch

7. 常见问题​

7.1 建图问题​

Q: 建图时点云飘移怎么办？ A:

  • 确保激光雷达安装稳固

Q: 地图中出现大量噪点？ A:

  • 调整点云滤波参数，增加voxel_size
  • 启用高度滤波，设置合适的高度范围
  • 使用地图编辑工具手动清除

7.2 定位问题​

Q: 初始定位不准确？ A:

  • 确保提供了较为准确的初始位姿估计
  • 在机器人静止状态下进行初始化
  • 尝试多次设置初始位姿

Q: 定位过程中出现偏移？ A:

  • 确保地图质量良好，特征丰富
  • 检查激光雷达是否被遮挡
  • 周围环境和建图时变化不大

7.3 导航问题​

Q: 机器人无法规划路径？ A:

  • 检查地图中是否存在障碍物阻断路径
  • 确保起点和终点都在可达区域
  • 调整全局规划器参数，如default_tolerance

Q: 机器人无法靠近目标点？ A:

  • 增加xy_goal_tolerance和yaw_goal_tolerance
  • 检查目标点周围是否有障碍物
  • 调整局部代价地图参数

7.4 系统错误​

Q: 找不到激光雷达设备？ A:

  • 检查网络连接和IP设置
  • 确保激光雷达供电正常

🙏 致谢​

本项目集成了来自各种开源项目的工作：