第3章 全局路径规划与局部路径规划

Global Planner vs Local Planner · 规划器如何协同工作

做机器人导航这几年，我见过太多人把全局规划和局部规划割裂开来看。其实它们就像人的「大脑」和「小脑」——一个负责大方向，一个负责脚下每一步。今天咱们就把这对搭档彻底聊透。

1. 全局规划器：负责「去哪儿」

全局规划器的任务很简单——从起点到终点找一条可行路径。它基于静态地图（通常是SLAM构建的栅格图）做搜索，不考虑临时出现的障碍物。

我个人习惯把全局规划比作「导航地图里的路线规划」。你从北京到上海，高德给你一条高速路线，这就是全局路径。但它不知道路上哪段在临时施工，对吧？

关键参数速览：

参数	作用	我的经验值
allow_unknown	是否允许通过未知区域	室内建议 false，室外可 true
planner_window_x/y	规划搜索窗口大小	别设太大，否则卡顿；我一般设 3~5m
default_tolerance	目标点容差	0.25m 比较稳，太小容易来回震荡

2. 局部规划器：负责「怎么走」

局部规划器拿到全局路径后，会把它切成一段段「短时窗口」。它实时处理激光雷达、深度相机等传感器数据，在几米范围内做速度与方向决策。

说白了，局部规划器就是机器人的「条件反射」。遇到突然窜出来的障碍物，全局规划来不及反应，局部规划必须立刻刹车或绕行。

主流局部规划器对比：

规划器	特点	适合场景
DWA (Dynamic Window Approach)	速度空间采样，轻量快速	室内、差速轮、动态不太剧烈
TEB (Timed Elastic Band)	带时间信息的弹性带，可优化路径	狭窄通道、阿克曼转向、需要平滑轨迹
MPC (Model Predictive Control)	预测控制，计算量大	高速移动、全向平台

3. 规划器如何协同工作？

这是本章的核心。很多新手以为全局规划完，局部规划照着走就行了。其实没那么简单——它们之间有一个「反馈-更新」的循环。

1. 全局规划器发布一条 nav_msgs/Path 消息（包含一系列位姿）。
2. 局部规划器订阅这条路径，并把它「裁剪」到局部代价地图范围内。
3. 局部规划器每帧（通常 10~20Hz）计算控制指令 geometry_msgs/Twist。
4. 如果局部规划器发现当前路径被障碍物完全堵死（比如有人突然站在路中间），它会触发重规划请求。
5. 全局规划器收到请求后，基于最新的代价地图重新计算路径。

4. 协同调参实战要点

嗯，这里要注意——两个规划器不是独立调参的。它们通过代价地图和规划频率耦合在一起。

• 全局路径平滑度：如果全局路径拐角太锐利，局部规划器会拼命修正，导致抖动。我习惯在全局规划器里开启 smooth_path 或使用 NavFn::smooth。
• 局部规划器前视距离：这个值决定了局部规划器「看多远」。设太短，机器人容易在拐弯时迷路；设太长，又对动态障碍反应迟钝。我个人经验：室内 1.5~2.5m，室外 3~4m。
• 规划器超时：如果全局规划超过 1~2 秒没算出路径，导航堆栈会报错。我一般设 planner_timeout: 1.5，并配合恢复行为。

你想想看，如果全局规划器每 5 秒才更新一次，而局部规划器每秒决策 20 次，那大部分时间局部规划都在「自由发挥」。所以调参时一定要关注两个频率的匹配。

我记得有一次在工厂项目里，机器人总是在一个 1.2m 宽的门口卡住。全局路径明明穿过了门，但局部规划器因为膨胀层参数太保守，认为门太窄过不去。后来我把 inflation_radius 从 0.5 降到 0.3，机器人就顺畅通过了。你看，这就是全局和局部参数打架的典型案例。