R1 Lite 自主导航系统教程

1. 产品介绍

该系统包含了建图、定位、导航和控制模块。机器人可在环境下构建点云地图，并依此实现全局定位和目标点的自主移动和避障。

自主导航系统为付费启用功能，目前处于测试阶段，如需深入了解及购买试用，请联系product@galaxea-dynamics.com或致电4008780980。

2. 硬件介绍

2.1 性能参数

定位	描述
定位方式	激光SLAM
定位频率	100 Hz
定位精度	＜0.05 m

运动控制	描述
控制方式	自主导航（路径跟踪）
最大行驶速度	0.6 m/s
避障方式	绕障
避障频率	10-20 Hz

网络	描述
有线网络	支持
WiFi	支持

2.2 传感器配置

Galaxea R1Lite底盘配备360°激光雷达，精度高且抗干扰能力强。

雷达	说明
数量	1
视场角	360°H x 59°V
激光波长	905 nm
检测范围	40 m @10% 反射率 70 m @80% 反射率
近距离盲区	0.1 m
数据端口	100 BASE-TX 以太网
IMU	内置IMU
工作温度范围	-20 ~ +55°C
尺寸	65L x 65W x 60H mm
重量	265 g

3. 软件介绍

请确保您的环境满足以下软件依赖要求。

硬件依赖：R1 Lite 计算单元
操作系统依赖：Ubuntu 22.04 LTS
中间件依赖：ROS Humble

R1 Lite机器人软件版本必须安装V2.3.0及以上的SDK。

4. 定位导航操作流程

地图构建是机器人自主导航的基础步骤。通过遥控机器人录制地图数据（mcap文件），并在本地电脑上进行处理和构建地图，最后将地图上传至机器人端指定目录，完成地图的部署。根据以下教程内容所示，设置目标位姿，修改目标文件，运行后实现定点导航。

4.1 构建地图

4.1.1 启动 R1 Lite

通过SSH登录至 R1 Lite CCU。

ssh nvidia@robot_ip
# Enter the password  (default: nvidia)

运行以下指令，启动R1 Lite的相关节点。

cd ~/galaxea/install/startup_config/share/startup_config/script/
./robot_startup.sh boot ../sessions.d/ATCNavigation/R1LITEVRTeleop.d/

4.1.2 录制数据包

运行以下指令，开始录制bag文件。

# 检查 topic 是否齐全, 是否有正常帧率输出
ros2 topic hz /hdas/imu_chassis 
ros2 topic hz /hdas/lidar_chassis_left # 10hz
ros2 topic hz /hdas/feedback_chassis
cd ~
ros2 bag record /hdas/imu_chassis /hdas/lidar_chassis_left /hdas/feedback_chassis -s mcap

通过遥控器控制机器人在所需建图空间内移动，确保覆盖所有需要导航的区域。

遥控器操控机器人底盘方式请点击此处查阅。

当完成地图数据录制后，按下Ctrl + C结束录制。

注意：

请将机器人移动到准备建图的区域，目前仅支持室内，区域最大规模不超过100平方米，楼层高度不超过5米的场景。
在录制开始时，机器人需保持静止状态，并持续5秒以上，以保证数据质量。
在录制数据时，应确保环境中没有动态目标（如移动的人员或物体），避免跟随在机器人附近移动，以避免干扰地图构建。
建图完成后在后续使用中，请确保环境内没有场景变更（如新增桌子，隔断等），否则需要重新进行建图。
机器人移动应完整覆盖建导航区域2次，即控制机器人在同一路线行驶2次，如下图，从 1 ~ 8 完成两圈行驶。

4.1.3 获取建图运行环境(Docker)

下载并安装Docker镜像

请发送邮件至support@galaxea-dynamics.com获取文件。推荐查看Docker安装教程进行安装。

加载Docker文件执行以下命令在本地电脑上加载Docker文件

sudo docker load -i galaxea_main_mapping_image_ros2.tar.gz

docker默认挂载在根目录，请预留20G以上存储空间。如需更改挂载路径，请参考:

 ```bash
 # 1. 在 /etc/docker/ 目录下创建一个新的 daemon.json 文件：
 sudo vim /etc/docker/daemon.json
 # 2. 在打开的文件中，添加以下内容，将 Docker 存储目录改为希望挂载的路径
 {
 "data-root": "/path/to/target_dir"
 }
 # 3. 保存并退出。按下'shift'+ ':'，输入'w'+'q'，然后按下回车键。
 # 4. 修改配置后，重启 Docker 服务使配置生效：
 sudo systemctl restart docker
 ```

下载默认标定文件。如已购买，我们将会以官方邮件的形式发送给您。

4.1.4 在环境中建图

在本地电脑终端中，运行以下命令将录制的bag文件从R1 Lite端拉取到本地。

scp nvidia@{robot_ip}:~/{xxx.bag} .
# [robot_ip]为R1的IP地址;
# [xxx.bag]为录制的bag文件名。

准备好bag文件和标定参数文件。

mkdir -p ~/mapping_data
cp /path/to/xxx.bag ~/mapping_data
cp /path/to/robot_calibration.json ~/mapping_data

启动Docker并开始建图。

sudo docker run --rm  -v ~/mapping_data:/mapping_data galaxea-mapping:v2.0.x bash -c "./root/run_mapping_app.sh /mapping_data"
#如果遇到权限问题permission denied使用chmod加权限 注意确认是哪个镜像版本号
sudo docker run --rm -v ~/mapping_data:/mapping_data \
    galaxea-mapping:v2.0.1 \
    bash -c "chmod +x /root/run_mapping_app.sh && /root/run_mapping_app.sh /mapping_data"

（mapping_data galaxea-mapping:v2.0.x 请按照实际名称填写）

查看建图结果。

cd ~/mapping_data/map
# map.obj 文件即为地图结果.  可以使用meshlab打开查看点云. 
# sudo apt-get install meshlab
meshlab map.obj

4.1.5 导入地图和标定文件

执行以下命将地图和标定文件导入至R1 Lite

ssh nvidia@{rorbot_ip} "mkdir -p ~/galaxea/calib ~/galaxea/maps"
scp -r ~/mapping_data/map/* nvidia@{robot_ip}:~/galaxea/maps/
scp -r ~/mapping_data/robot_calibration.json nvidia@{robot_ip}:~/galaxea/calib/

4.2 启动定位功能

启动定位功能时，确保机器人在已知地图中。

启动软件

在R1 Lite端执行以下命令，启动相关节点。

cd ~/galaxea/install/startup_config/share/startup_config/script/
./robot_startup.sh boot ../sessions.d/ATCNavigation/R1LITEVRTeleop.d/

获取定位

2.1 自动定位 将遥控器拨到底盘控制模式，操作机器人已知地图环境中2m范围内低速绕圈10~30秒进行定位初始化，并观察如下命令的输出。

在R1Lite中，运行以下命令检查定位状态：

source ~/galaxea/install/setup.bash
ros2 run tf2_ros tf2_echo map body

若正常返回以下类似数据，则定位成功：

- Translation: [3.280, -0.743, 0.008]
- Rotation: in Quaternion [0.000, -0.004, -0.147, 0.989] # xx y z w

2.2 手动定位 在机器人没有定位成功时（或重启节点），将机器人遥控到建图起点处，朝向与建图开始一致，可以按如下命令发送

ros2 topic pub --times 10 /localization/prior_localization_pose geometry_msgs/msg/TransformStamped "header:
stamp:
    sec: 0
    nanosec: 0
frame_id: ''
child_frame_id: ''
transform:
translation:
    x: 0.0
    y: 0.0
    z: 0.0
rotation:
    x: 0.0
    y: 0.0
    z: 0.0
    w: 1.0" 

4.3 设置目标位姿

遥控机器人到目标点
启动定位成功后，将机器人遥控到客户想设定的目标点处，确保R1Lite中心远离障碍物至少45cm。

记录位姿信息
每遥控至一个目标点，记录该位置的位姿信息：

- Translation: [3.280, -0.743, 0.008]
- Rotation: in Quaternion [0.000, -0.004, -0.147, 0.989] # x y z w

更新导航目标点下发脚本
重复上述过程，记录所有目标点的位姿信息后，将所有目标点位姿信息更新到导航目标点下发脚本中。

脚本示例如下，修改pose中position和orientation为目标点信息。

ros2 action send_goal /system_manager/navi/action system_manager_msg/action/NavigationTask -f --feedback 
    "{
    header: {
        stamp: {sec: 0, nanosec: 0},
        frame_id: 'map'
    },
    pose: {
        position: {x: -2.6662282943725586, y: 3.4633750915527344, z: 0.0},
        orientation: {x: 0.0, y: 0.0, z: 0.3263046490397236, w: 0.945264659243676}
    },
    frame_id: 'map',
    target_point_type: 1
    }"

5. 软件接口

5.1 驱动接口

R1提供了多种驱动接口，用于与硬件设备进行通信和控制。以下是主要的驱动接口及其说明：

5.1.1 底盘驱动接口

/motion_control/chassis_speed：用于控制机器人底盘的运动，包括速度控制、方向控制等。请前往R1Lite软件介绍查看底盘驱动接口章节获取更多详细信息。

5.1.2 激光雷达接口

/hdas/lidar_chassis_left：激光雷达用于环境感知和距离测量，为机器人提供实时的环境信息。请前往R1Lite软件介绍查看激光雷达接口章节获取更多详细信息。

5.1.3 IMU接口

/hdas/imu_chassis：IMU用于测量机器人的加速度、角速度等信息，为导航和姿态控制提供数据支持。请前往R1Lite软件介绍查看IMU接口章节获取更多详细信息。

5.2 运控接口

R1Lite机器人提供了多种运动控制接口，用于实现对机器人运动的精确控制。以下是主要的运控接口及其说明：

5.2.1 底盘控制接口

/motion_target/target_speed_chassis：用于控制机器人底盘的运动，包括速度控制、方向控制等。请前往R1Lite软件手册的“底盘控制接口”章节获取更多详细信息。

5.3 定位接口

定位（Localization）接口是 R1 Lite 机器人实现自主导航和环境感知的核心组件。通过这些接口，机器人能够接收来自多种传感器的数据，如IMU（惯性测量单元）和激光雷达，从而实现精确的多传感器融合定位。这些接口确保机器人能够在复杂环境中准确地感知自身位置和姿态，为后续的路径规划和导航提供可靠的数据支持。本章节详细介绍了定位接口的各个话题，包括输入和输出数据的类型及其用途。

话题名称	I/O	描述	消息类型
/hdas/imu_chassis	Input	IMU数据，用于多传感器融合定位	sensor_msgs::msg::Imu
/hdas/lidar_chassis_left	Input	多线激光雷达点云，用于定位	sensor_msgs::msg::PointCloud2
/localization/localization_results	Output	SLAM定位状态	localization_msg::msg::LocLocalization
/fault_code/localization	Output	SLAM定位状态错误码	localization_msg::msg::LocLocalization

5.4 导航话题接口

导航（Navigation）接口是 R1 Lite 机器人实现自主路径规划和运动控制的关键部分。这些接口允许机器人根据输入的传感器数据（如激光雷达点云和SLAM定位状态）进行全局和局部路径规划，并输出控制指令以驱动机器人底盘运动。导航接口不仅支持避障功能，还能够实时更新机器人的运动轨迹和任务状态，确保机器人能够高效、安全地完成导航任务。本章节详细介绍了导航接口的各个话题，包括输入和输出数据的类型及其用途。

话题名称	I/O	描述	消息类型
/hdas/lidar_chassis_left	Input	多线激光雷达点云，用于避障	sensor_msgs::msg::PointCloud2
/localization/localization_results	Input	SLAM定位状态	localization_msg::msg::LocLocalization
/nav/local_path	Output	局部路径规划器规划的局部路径	sensor_msgs::msg::PointCloud2
/nav/global_path	Output	全局路径规划器规划的全局路径	sensor_msgs::msg::PointCloud2
/nav/robot_global_traj	Output	机器人行驶的全局轨迹	nav_msgs::msg::Path
/nav/global_map	Output	导航全局代价地图，用于规划全局路径	nav_msgs::msg::OccupancyGrid
/nav/local_map	Output	导航局部代价地图，用于规划局部路径	nav_msgs::msg::OccupancyGrid
/nav/global_goal	Output	导航接收的目标点，用于可视化	geometry_msgs::msg::PoseStamped
/motion_target/target_speed_chassis	Output	导航输出控制速度	geometry_msgs::msg::Twist

1. 产品介绍​

2. 硬件介绍​

2.1 性能参数​

2.2 传感器配置​

3. 软件介绍​

4. 定位导航操作流程​

4.1 构建地图​

4.1.1 启动 R1 Lite​

4.1.2 录制数据包​

4.1.3 获取建图运行环境(Docker)​

4.1.4 在环境中建图​

4.1.5 导入地图和标定文件​

4.2 启动定位功能​

4.3 设置目标位姿​

5. 软件接口​

5.1 驱动接口​

5.1.1 底盘驱动接口​

5.1.2 激光雷达接口​

5.1.3 IMU接口​

5.2 运控接口​

5.2.1 底盘控制接口​

5.3 定位接口​

5.4 导航话题接口​