01
课程导论与环境准备
Gazebo与Nav2概述 · ROS2 Humble安装 · Gazebo Fortress安装 · Nav2源码编译 · 工作空间搭建
环境基础
02
机器人建模与URDF
URDF基础 · 连杆与关节定义 · 添加传感器(激光雷达/IMU/里程计) · 在Gazebo中加载模型
URDF建模
03
Gazebo仿真世界搭建
创建静态世界(SDF) · 添加障碍物与墙壁 · 光照与地面纹理 · Building Editor室内场景
仿真场景
04
传感器仿真与数据输出
激光雷达(LaserScan)配置 · IMU仿真 · 里程计(Odometry) · Rviz2可视化传感器数据
传感器Rviz2
05
机器人底盘控制与Gazebo插件
差速驱动插件 · 阿克曼转向插件 · /cmd_vel控制 · 编写运动控制节点
底盘插件
06
TF坐标变换基础
TF树概念 · 静态TF(激光雷达到基座) · 动态TF(里程计到基座) · Rviz2查看TF树
TF坐标
07
Nav2框架核心概念
Nav2架构总览 · 生命周期节点 · 代价地图原理 · 全局与局部规划器
Nav2架构
08
Nav2行为树(BT)入门
行为树节点(Sequence/Fallback/Decorator) · 默认行为树 · Groot2可视化 · 自定义行为节点
行为树BT
09
全局路径规划
NavFn与Smac Planner · A*与Dijkstra · 全局代价地图调优 · Rviz2查看全局路径
规划全局
10
局部路径规划与控制器
DWA控制器 · Regulated Pure Pursuit · TEB控制器对比 · 参数调优实战
局部控制
11
代价地图(Costmap)深入
静态层 · 障碍物层 · 膨胀层 · 体素层(Voxel Layer)配置
代价地图层
12
Nav2恢复行为(Recovery)
旋转恢复(Spin) · 后退恢复(Backup) · 等待恢复(Wait) · 自定义恢复行为
恢复容错
13
AMCL定位原理与配置
自适应蒙特卡洛定位(AMCL) · 粒子滤波器调优 · 初始位姿估计 · Gazebo验证定位精度
定位AMCL
14
SLAM建图与导航结合
SLAM Toolbox建图 · 保存/加载地图 · Nav2静态地图导航 · 建图-导航闭环
SLAM建图
15
多传感器融合定位
EKF融合IMU+里程计 · robot_localization配置 · 提高定位鲁棒性 · 复杂场景测试
融合EKF
16
Nav2生命周期管理
生命周期节点机制 · 状态转换(Unconfigured/Inactive/Active) · 手动控制导航启停 · 生命周期客户端
生命周期管理
17
导航行为树高级定制
并行节点(Parallel) · 流水线节点(Pipeline) · 条件/动作节点 · 创建自定义导航动作
行为树高级
18
多机器人导航基础
多机器人TF树管理 · 命名空间隔离 · 代价地图共享 · Gazebo多机器人仿真
多机器人协同
19
动态障碍物避障
动态障碍物层配置 · 预测障碍物轨迹 · 基于速度障碍(VO)避障 · 仿真测试
避障动态
20
导航性能优化
路径规划超时处理 · 代价地图更新频率调优 · CPU/内存优化 · 实时性保障
性能优化
21
从仿真到实车硬件适配
实车底盘驱动(ROS2_control) · 传感器驱动移植 · 硬件接口调试 · 仿真与实车差异分析
实车硬件
22
实车标定与校准
激光雷达外参标定(lidar_align) · IMU内参标定 · 轮式里程计校准 · 标定结果验证
标定校准
23
实车导航参数迁移
仿真参数→实车参数映射 · 底盘运动学调整 · 传感器噪声模型适配 · 安全阈值设置
迁移参数
24
实车定位调试
AMCL参数实车调优 · EKF融合调整 · 初始位姿给定 · 定位精度评估
定位实车
25
实车路径规划与避障
全局规划器选择 · 局部规划器实车调优 · 动态避障测试 · 紧急制动策略
规划避障
26
实车导航系统集成测试
完整导航流程测试(建图-定位-规划-控制) · 异常场景处理 · 日志分析与问题定位
集成测试
27
导航系统监控与诊断
diagnostic_updater诊断信息 · 节点健康监控 · Nav2 Monitor可视化 · 远程监控方案
监控诊断
28
导航系统安全机制
速度/加速度限制 · 安全区域(Safety Zone) · 紧急停止(E-Stop) · 故障安全(Fail-Safe)模式
安全保护
29
项目实战：室内巡检机器人导航
需求分析 · 系统设计 · 仿真验证 · 实车部署 · 性能评估与优化
实战项目
30
课程总结与进阶方向
Nav2生态回顾 · 常见问题FAQ · 进阶学习路径(强化学习/多模态) · 社区资源
总结进阶