0.项目介绍
基于RTK的校园无图自主导航系统
Campus Autonomous Navigation System Based on RTK
项目类型：ROS2 自主导航 | 实现平台：差速轮地面机器人
核心技术：RTK GPS · Nav2 · robot_localization · Mid-360 LiDAR
开发环境：ROS2 Humble · Ubuntu 22.04 · Gazebo Classic
1. 项目概述
本项目旨在构建一套面向校园开放环境的自主导航机器人系统，核心特点是无需预先建图，基于RTK高精度卫星定位实现全局导航，结合3D激光雷达进行实时障碍物感知与动态避障。用户只需输入目标RTK坐标，机器人即可自主规划路径并安全抵达目的地。
2. 核心功能
2.1 无图自主导航
•无需预先建立环境地图，降低部署门槛
•RTK GPS提供厘米级全局定位精度
•支持直接输入RTK经纬度坐标作为导航目标
2.2 实时避障
•Livox Mid-360 3D激光雷达感知周围障碍物
•点云投影为2D激光扫描，构建局部代价地图
•Nav2本地规划器实现动态障碍物实时绕行
2.3 动态路径规划
•Nav2全局规划器基于A*算法生成最优路径
•遇到新障碍物时自动重规划路径
•DWA局部规划器保证运动平滑性与安全性
3. 系统架构
系统由三个核心层次组成，各层通过ROS2话题和TF坐标系进行解耦通信：
| 层次 | 组件 | 功能 |
|---|---|---|
| 定位层 | RTK GPS + robot_localization | EKF融合RTK与轮式里程计，提供稳定的 map→odom TF |
| 感知层 | Mid-360 + pointcloud_to_laserscan | 3D点云转2D激光扫描，构建障碍物代价地图 |
| 规划层 | Nav2（全局+局部规划器） | A*全局路径规划 + DWA局部避障，输出车速指令 |
4. 硬件配置
| 硬件 | 型号/规格 | 用途 |
|---|---|---|
| 激光雷达 | Livox Mid-360 | 3D障碍物感知，全向扫描 |
| 定位模块 | RTK GPS（双天线） | 厘米级全局位置与航向角 |
| 计算平台 | 工控机 / Jetson | 运行ROS2完整导航栈 |
| 底盘 | 差速轮驱动底盘 | 接收/cmd_vel速度指令 |
| IMU | 内置/外置9轴IMU | EKF姿态融合辅助定位 |
5. 开发路线
第一阶段：仿真环境搭建
•Turtlebot3 差速轮模型 + Gazebo 仿真环境
•验证 /odom · /scan · /cmd_vel 话题链路
第二阶段：定位层
•配置 robot_localization EKF节点
•仿真GPS融合轮式里程计，输出稳定map→odom TF
第三阶段：Nav2导航
•安装配置Nav2完整导航栈
•实现点击目标点自动导航与动态避障
•实现RTK坐标转换为导航目标点
第四阶段：迁移真实硬件
•替换仿真传感器数据为真实硬件话题
•Mid-360点云 → pointcloud_to_laserscan → Nav2
•校园环境真实道路测试与参数调优
6. 核心软件栈
| 软件/框架 | 版本 | 用途 |
|---|---|---|
| ROS2 Humble | Humble Hawksbill | 机器人操作系统框架 |
| Nav2 | 最新稳定版 | 完整导航栈 |
| robot_localization | 3.x | EKF多传感器融合定位 |
| pointcloud_to_laserscan | ROS2 Humble | 3D转2D激光扫描 |
| livox_ros_driver2 | 最新版 | Mid-360驱动 |
| Gazebo Classic | 11.x | 仿真环境 |