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Nav2与机械臂协同避障实战

📚 共计 30 章节

课程导论与系统架构

移动底盘+机械臂协同避障的应用场景、整体系统架构（Nav2 + MoveIt2 + ROS2）、协同避障的核心挑战与解决思路。

系统概览协同基础

ROS2基础与环境搭建

ROS2 Humble安装、工作空间创建、Colcon编译工具、话题/服务/动作通信机制回顾。

环境配置ROS2核心

机器人模型与URDF

统一机器人描述格式(URDF)基础、底盘与机械臂的URDF建模、在Rviz2中可视化完整机器人。

MoveIt2基础与配置

MoveIt2安装、使用Setup Assistant配置机械臂、生成SRDF与配置文件。

Nav2基础与配置

Nav2安装、导航框架概述（BT Navigator、Planner、Controller）、代价地图配置。

Nav2导航框架

传感器集成与数据融合

激光雷达、深度相机、IMU的ROS2驱动集成、多传感器数据融合（robot_localization）。

传感器融合

SLAM建图与静态地图构建

使用SLAM Toolbox进行建图、保存与加载地图、地图格式与坐标系。

Nav2全局路径规划

全局规划器（NavFn、Smac Planner）原理与配置、A*与Hybrid-A*算法对比。

Nav2局部路径规划

局部规划器（DWB、Regulated Pure Pursuit）原理与配置、动态避障参数调优。

局部规划动态避障

Nav2行为树与状态机

行为树（Behavior Tree）基础、Nav2默认行为树解析、自定义行为树节点。

行为树状态机

MoveIt2运动规划

运动规划器（OMPL、STOMP、CHOMP）原理、规划场景（Planning Scene）管理。

运动规划OMPL

MoveIt2轨迹执行与控制

轨迹执行（Trajectory Execution）、笛卡尔路径规划、速度与加速度约束。

轨迹执行笛卡尔

协同避障核心问题分析

为什么需要协同？底盘与机械臂的碰撞空间分析、任务优先级与协调策略。

协同分析碰撞空间

协同感知与状态共享

底盘与机械臂共享代价地图、机械臂当前位姿对导航代价地图的影响。

状态共享代价地图

动态障碍物检测与跟踪

基于激光雷达与深度相机的动态障碍物检测、跟踪与预测。

动态检测跟踪

机械臂作为可移动障碍物

将机械臂自身模型注册为障碍物、实时更新代价地图中的机械臂占用区域。

机械臂障碍物代价地图更新

底盘导航中的机械臂避让

当机械臂正在执行操作时，底盘导航路径如何绕开机械臂工作空间。

底盘避让工作空间

机械臂运动中的底盘避让

当底盘正在移动时，机械臂规划如何避开底盘自身及周围障碍。

机械臂避让动态规划

基于代价地图的协同避障

统一代价地图框架、机械臂与底盘分别更新与读取同一张代价地图。

统一代价地图协同框架

基于行为树的协同决策

设计协同行为树、根据任务状态切换导航与操作模式。

行为树决策模式切换

协同避障仿真环境搭建

Gazebo仿真环境配置、加载带机械臂的移动机器人模型、仿真传感器配置。

协同避障仿真实战（一）

底盘导航至目标点，机械臂保持安全姿态。

仿真实战安全姿态

协同避障仿真实战（二）

底盘静止，机械臂执行抓取任务，同时避开周围动态障碍。

抓取避障动态障碍

协同避障仿真实战（三）

底盘移动过程中，机械臂动态调整姿态避免碰撞。

动态调整移动避障

协同避障仿真实战（四）

复杂场景下，底盘与机械臂同时运动，协同完成导航+操作任务。

复杂场景导航+操作

真实机器人部署准备

硬件选型建议、嵌入式控制器配置、电源与通信总线设计。

硬件部署嵌入式

真实机器人部署实战（一）

传感器标定、TF树配置、底盘与机械臂底层驱动调试。

标定驱动调试

真实机器人部署实战（二）

Nav2与MoveIt2在真实机器人上的参数调优。

参数调优Nav2

真实机器人部署实战（三）

协同避障算法在真实场景下的测试与问题排查。

真实测试问题排查

课程总结与进阶方向

常见问题汇总、性能优化建议、未来研究方向（学习型协同避障、多机协同）。