个人项目：基于 ROS2 的激光雷达小车 SLAM 与自主导航系统

项目时间：2024.09 – 2024.10
技术栈：ROS2 Humble / Navigation2 / Cartographer / slam-toolbox / Micro-ROS / ESP32 / 分布式架构

视频展示：

项目简介

基于 Fishbot 硬件平台，用 ESP32 + Micro-ROS 做底盘控制，搭载激光雷达，用 ROS2 做建图和导航。上位机支持PC（WSL2）和树莓派两种部署方式，通过 UDP 或串口与车体通信。用 Cartographer 和 slam-toolbox 做未知环境建图和定位，接入 Navigation2 实现目标点导航。

项目亮点

差速底盘：ESP32 + Micro-ROS，编码器闭环控制与传感器数据上报
分布式架构：PC（WSL2 ）和树莓派两套部署方案；UDP/串口通信
SLAM：Cartographer / slam-toolbox 实时建图与定位
自主导航：Navigation2 路径规划与目标点导航
闭环链路：底盘控制 → SLAM → 规划 → 下发目标点执行

系统架构

两种部署形态：

A. PC 上位机方案（WSL2）

PC 侧部署 Micro-ROS agent + 雷达驱动(docker)、Rviz2 可视化
ESP32（Micro-ROS 固件）通过 UDP 接入局域网，上位机侧(Rviz2)控制/可视化

B. 树莓派上车方案（Raspberry Pi 4B）

激光雷达串口接入树莓派；树莓派跑 micro-ros-agent 串口连 ESP32；PC 端(Ubuntu 22.04) SSH 进树莓派启动建图，Rviz2 同域读取数据并发送目标点

硬件清单

差速底盘小车（Fishbot 平台）
激光雷达（ydlidar）
ESP32（Micro-ROS 固件）
可选：树莓派 4B（上车方案）

软件/框架

ROS2 Humble、Navigation2、Cartographer / slam-toolbox、Micro-ROS

核心模块

底盘控制与里程计：编码器闭环、速度控制接口、里程计/传感器数据上报（ESP32 + Micro-ROS）
通信链路：UDP（PC 方案）/ 串口（树莓派方案），Micro-ROS agent 桥接 ROS2 网络
SLAM：Cartographer / slam-toolbox 实时建图定位
导航：Navigation2（规划用 hyperA*；跟踪用 MPPI/DWB）

Demo 展示（B站）

视频 1：从Navigation2开始的ROS2生活（BV1boxYePEWm）
视频 2：未知环境探索——ROS2树莓派小车实时地图构建和导航（BV1Fs2BYPEbU）

仿真

github界面.webp

GitHub 仓库：ruali-dev/ros2_patrol_robot: A simulation system for an autonomous inspection robot, developed with ROS 2 and Navigation 2, based on Fishros’ tutorial, suitable for ROS beginners to learn and practice. 基于ROS 2和Navigation 2开发的自动巡检机器人仿真系统，参考鱼香ROS教程完成，适合ROS初学者学习和实践。

仿真实机.webp

代码展示(部分)

bringup.launch.py

import launch
import launch_ros
from ament_index_python.packages import get_package_share_directory
from launch.launch_description_sources import PythonLaunchDescriptionSource

def generate_launch_description():
    fishbot_bringup_dir = get_package_share_directory(
        'fishbot_bringup'
    )
    ydlidar_ros2_dir = get_package_share_directory(
        'ydlidar'
    )

    urdf2tf = launch.actions.IncludeLaunchDescription(
        PythonLaunchDescriptionSource(
            [fishbot_bringup_dir,'/launch','/urdf2tf.launch.py']
        ),
    )

    odom2tf = launch_ros.actions.Node(
        package='fishbot_bringup',
        executable='odom2tf',
        output='screen'
    )

    microros_agent = launch_ros.actions.Node(
        package='micro_ros_agent',
        executable='micro_ros_agent',
        arguments=['udp4','--port','8888'],
        output='screen'
    )

    ros_serail2wifi = launch_ros.actions.Node(
        package='ros_serail2wifi',
        executable='tcp_server',
        parameters=[{'serial_port':'/tmp/tty_laser'}],
        output = 'screen'
    )

    ydlidar = launch.actions.IncludeLaunchDescription(
        PythonLaunchDescriptionSource(
            [ydlidar_ros2_dir,'/launch','/ydlidar_launch.py']
        ),
    )

    #使用TimerAction启动后的5s执行ydlidar节点
    ydlidar_delay = launch.actions.TimerAction(period=5.0,actions=[ydlidar])
    return launch.LaunchDescription([
        urdf2tf,
        odom2tf,
        microros_agent,
        ros_serail2wifi,
        ydlidar_delay
    ])

odom2tf.cpp

#include <rclcpp/rclcpp.hpp>
#include <tf2/utils.h>
#include <tf2_ros/transform_broadcaster.h>
#include <geometry_msgs/msg/transform_stamped.hpp>
#include <nav_msgs/msg/odometry.hpp>

class OdomTopic2TF : public rclcpp::Node {
public:
  OdomTopic2TF(std::string name) : Node(name) {
    // 创建 odom 话题订阅者，使用传感器数据的 Qos
    odom_subscribe_ = this->create_subscription<nav_msgs::msg::Odometry>(
        "odom", rclcpp::SensorDataQoS(),
        std::bind(&OdomTopic2TF::odom_callback_, this, std::placeholders::_1));
    // 创建一个tf2_ros::TransformBroadcaster用于广播坐标变换
    tf_broadcaster_ = std::make_unique<tf2_ros::TransformBroadcaster>(this);
  }

private:
  rclcpp::Subscription<nav_msgs::msg::Odometry>::SharedPtr odom_subscribe_;
  std::unique_ptr<tf2_ros::TransformBroadcaster> tf_broadcaster_;
  // 回调函数，处理接收到的odom消息，并发布tf
  void odom_callback_(const nav_msgs::msg::Odometry::SharedPtr msg) {
    geometry_msgs::msg::TransformStamped transform;
    transform.header = msg->header; // 使用消息的时间戳和框架ID
    transform.child_frame_id = msg->child_frame_id;
    transform.transform.translation.x = msg->pose.pose.position.x;
    transform.transform.translation.y = msg->pose.pose.position.y;
    transform.transform.translation.z = msg->pose.pose.position.z;
    transform.transform.rotation.x = msg->pose.pose.orientation.x;
    transform.transform.rotation.y = msg->pose.pose.orientation.y;
    transform.transform.rotation.z = msg->pose.pose.orientation.z;
    transform.transform.rotation.w = msg->pose.pose.orientation.w;
    // 广播坐标变换信息
    tf_broadcaster_->sendTransform(transform);
  };
};

int main(int argc, char **argv) {
  rclcpp::init(argc, argv);
  auto node = std::make_shared<OdomTopic2TF>("odom2tf");
  rclcpp::spin(node);
  rclcpp::shutdown();
  return 0;
}