Formula Mini (Tianracer) 实战指南

目标：掌握赛车启动、调试、建图与导航

设备：Tianracer (Formula Mini)
环境：ROS 2 (Robot Operating System)

本节目录

1. 启动机器人 (Interfacing)
2. 可视化调试 (RViz)
3. 激光建图 (SLAM)
4. 反应式运动 (Reactive)
5. 自动导航 (Navigation)

启动机器人 (Interfacing)

一键启动 vs 分布启动

要让机器人动起来，我们有两种方式：

1. 一键启动 (All at once)：就像打开总开关，启动所有设备。
2. 单独启动 (Separately)：像检查零件一样，单独开启某个传感器。

推荐：一键启动

ros2 launch tianracer_bringup tianracer_bringup.launch.py 

单独启动硬件

如果你只想测试某个特定部件，可以使用以下命令：

核心底盘与雷达

# 启动底盘（车轮、电机控制）
ros2 launch tianracer_core tianracer_core.launch.py

# 启动激光雷达（机器人的眼睛）
ros2 launch tianracer_bringup lidar.launch.py

启动相机与定位 (选配)

根据你的小车配置，选择启动以下设备：

# 启动 RGBD 深度相机
ros2 launch tianracer_bringup rgbd_camera.launch.py

# 启动普通 USB 摄像头
ros2 launch tianracer_bringup usb_cam.launch.py

# 启动 GPS 定位模块
ros2 launch tianracer_bringup gps.launch.py

可视化调试 (RViz)

什么是 RViz？

RViz 是 ROS 的可视化工具。
它能把机器人看到的数字信号（雷达点云、坐标）变成我们要看懂的图像。

提示：下面的命令需要在电脑端的终端运行，不是在小车上！

查看传感器数据 (1/2)

# 1. 查看激光雷达 (Lidar)
# 看到周围环境的轮廓点
ros2 launch tianracer_rviz view_lidar.launch.py

# 2. 查看惯性测量单元 (IMU)
# 看到小车的姿态（是不是歪了）
ros2 launch tianracer_rviz view_imu.launch.py

# 3. 查看里程计 (Odom)
# 看到小车走过的轨迹
ros2 launch tianracer_rviz view_odom.launch.py

查看传感器数据 (2/2)

# 4. 查看摄像头图像
# 就像看监控画面
ros2 launch tianracer_rviz view_image.launch.py

# 5. 查看机器人模型 (URDF/TF)
# 检查机器人的关节和坐标系是否正常
ros2 launch tianracer_rviz view_robot.launch.py

激光建图 (Mapping)

绘制地图 (SLAM)

启动机器人后，我们需要让它在一个陌生环境中走一圈，把地图画出来。我们提供三种算法：

# 方式 1: GMapping (经典算法，最常用)
ros2 launch tianracer_slam gmapping.launch.py

# 方式 2: SLAM Toolbox (功能更强大)
ros2 launch tianracer_slam slam_toolbox.launch.py

# 方式 3: Cartographer (Google 开发，精度高)
ros2 launch tianracer_slam cartographer.launch.py

查看与保存地图

实时查看建图过程

ros2 launch tianracer_rviz view_mapping.launch.py

保存地图 (重要！)

建图完成后，必须保存才能在导航中使用。
地图默认保存在 tianracer_slam/maps/ 目录下，文件名为 tianbot_office。

ros2 launch tianracer_slam map_save.launch.py

反应式运动 (Reactive)

什么是反应式运动？

不需要地图，机器人直接根据传感器数据做出反应。就像人的条件反射。

# 1. 沿墙走 (Wall Following)
# 贴着墙壁自动行驶
ros2 launch tianracer_navigation wall_following.launch.py

# 2. 竞速模式 1 (NPU Battle Fast 1)
ros2 launch tianracer_navigation npu_battle_fast1.launch.py

# 3. 竞速模式 2 (NPU Battle Fast 2)
ros2 launch tianracer_navigation npu_battle_fast2.launch.py

自动导航 (Navigation)

导航的核心组合

导航 = 规划器 (Planner) + 控制器 (Controller)

• Planner: 大脑，规划从 A 到 B 的路线。
• Controller: 手脚，控制油门和方向盘去执行路线。

注意：运行以下命令前，请确保已经保存了地图，并修改命令中的 use_map 参数为你实际的地图名。

经典导航组合

最常用的两种配置：

# 组合 1: NavFn (规划) + DWB (控制)
# 最标准的 ROS2 导航配置
ros2 launch tianracer_navigation2 nav2.launch.py \
use_map:=tianbotoffice_603 use_planner:=navfn_dwb

# 组合 2: NavFn (规划) + TEB (控制)
# TEB 算法对动态避障效果更好
ros2 launch tianracer_navigation2 nav2.launch.py \
use_map:=tianbotoffice_603 use_planner:=navfn_teb

进阶算法组合 (1/2)

适合复杂场景或高速赛车：

# 组合 3: SMAC + Graceful
# SMAC 适合非全向移动机器人
ros2 launch tianracer_navigation2 nav2.launch.py \
use_map:=tianbotoffice_603 use_planner:=smac_graceful

# 组合 4: Theta* + MPPI
# MPPI 是基于模型的预测控制，非常先进
ros2 launch tianracer_navigation2 nav2.launch.py \
use_map:=tianbotoffice_603 use_planner:=theta_star_mppi

进阶算法组合 (2/2)

# 组合 5: Theta* + Regulated Pure Pursuit (纯追踪)
# 纯追踪算法适合高速循迹
ros2 launch tianracer_navigation2 nav2.launch.py \
use_map:=tianbotoffice_603 use_planner:=theta_star_rpp

# 组合 6: Theta* + Vector Pursuit (向量追踪)
# 改进版的追踪算法
ros2 launch tianracer_navigation2 nav2.launch.py \
use_map:=tianbotoffice_603 use_planner:=theta_star_vector_pur

本节总结

实战演练

课堂任务：

1. [ ] 使用 GMapping 算法构建教室的地图
2. [ ] 成功保存地图文件
3. [ ] 使用 NavFn + DWB 组合，让小车自动从门口走到讲台

遇到问题？
如果导航时小车原地打转，请检查是否正确设置了初始位置 (Initial Pose)。