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用ROS2打造自主移动机器人

📚 共计 30 章节

ROS2与机器人概述

ROS2发展史、ROS2 vs ROS1、自主移动机器人技术栈概览、课程项目目标介绍。

ROS2开发环境搭建

Ubuntu系统安装、ROS2 Humble安装、开发环境配置（VS Code、colcon、Python3）。

ROS2核心概念

节点(Node)、话题(Topic)、服务(Service)、动作(Action)、参数(Parameter)详解。

ROS2通信机制（一）

话题通信——发布者与订阅者的实现，自定义消息接口。

ROS2通信机制（二）

服务通信——客户端与服务器的实现，同步与异步调用。

ROS2通信机制（三）

动作通信——动作服务器与客户端，实现长时间任务控制。

ROS2工具与调试

rqt_graph、ros2 topic/service/action CLI、ros2 bag数据录制与回放。

TF2原理、静态与动态坐标发布、坐标监听与变换计算。

URDF机器人建模

URDF语法、link与joint定义、xacro优化模型、在Rviz中显示机器人。

建模可视化

传感器仿真与数据读取

激光雷达(LiDAR)仿真、IMU仿真、相机仿真，ROS2驱动接口。

传感器仿真

机器人运动学基础

差速轮运动学模型、正逆解算、里程计(Odometry)发布。

运动学基础

ROS2控制与导航框架

ros2_control架构、controller_manager、硬件接口。

SLAM建图（一）

GMapping算法原理、cartographer_ros配置与运行、建图实战。

SLAM建图（二）

SLAM Toolbox使用、多传感器融合建图、地图保存与格式。

导航堆栈（Nav2）入门

Nav2架构、行为树(BT)基础、导航生命周期。

Nav2全局路径规划

A*与Dijkstra算法、全局规划器配置、代价地图。

Nav2局部路径规划

DWA与TEB算法、局部规划器配置、动态避障。

Nav2恢复行为与重规划

旋转恢复、清除代价地图、全局重规划策略。

自适应蒙特卡洛定位原理、粒子滤波、AMCL参数调优。

行为树与状态机

BehaviorTree.CPP库、状态机设计、任务编排实战。

行为树状态机

图像话题订阅与发布、图像处理流水线、视觉里程计初步。

ROS2与深度学习

YOLOv5/v8目标检测集成、TensorRT加速、ROS2推理节点。

深度学习检测

多机器人协同

多机器人命名空间、分布式通信、协同SLAM与导航。

ROS2实时性与性能优化

实时内核配置、QoS策略、节点性能分析。

ROS2与硬件接口

STM32/Arduino下位机通信、自定义硬件驱动、串口与CAN总线。

仿真环境搭建

Gazebo Ignition仿真、自定义世界模型、传感器噪声模拟。

机器人自主充电

充电桩识别、对接控制、电量管理状态机。

充电状态机

项目实战（一）

搭建完整机器人原型——硬件选型、底盘组装、传感器集成。

项目实战（二）

编写启动文件与launch系统、集成SLAM+导航+视觉模块。

项目实战（三）

综合调试与部署——性能调优、故障排查、实际场地测试。