# ZXOS ## 项目概述 智行智驾低速自主驾驶体系 -- 车端 ROS2 固件（ZXOS）。该固件适配 ZX200/ZX800 自主智能清扫车，提供完整的自主驾驶、感知、控制和通信功能。 ### 项目特点 - **模块化架构**：清晰的功能模块划分，易于维护和扩展 - **多控制源支持**：无线遥控器、远程控制、自主驾驶三种模式 - **安全机制**：超时自动刹车、故障检测和上报 - **实时通信**：MQTT 协议实现车云通信 - **感知融合**：激光雷达 + RTK GPS 定位 - **可扩展性**：支持 ROS2 生态系统，易于添加新功能 - **统一日志系统**：所有节点使用统一的 Logger 系统 ## 依赖环境 ### 系统环境 * **ROS2 版本**：ROS2 Humble Hawksbill * **Ubuntu 版本**：Ubuntu 22.04 LTS * **编译工具**：CMake 3.8+ * **编程语言**：C++（主要）、Python（辅助） ## 项目结构 ``` /home/ubuntu/project/zxwl/sweeper/sweeper_200/ ├── README.md # 项目主文档 ├── start_all.sh # 启动所有节点的脚本 ├── remote_ctrl.sh # 启动远程控制模式的脚本 ├── radio_ctrl.sh # 启动无线遥控器模式的脚本 ├── prepare.sh # 系统准备脚本 ├── can.sh # CAN 总线配置脚本 ├── config.json # 全局配置文件 ├── gps_load_now.txt # GPS 数据文件 ├── .clang-format # C++ 代码格式化配置 ├── .cmake-format.yaml # CMake 格式化配置 ├── .gitignore # Git 忽略文件 ├── routes/ # 路径数据目录 │ └── gps_load_*.txt # GPS 路径文件（17个） ├── src/ # 源代码目录 │ ├── autonomy/ # 自主驾驶模块 │ ├── base/ # 基础模块 │ ├── common/ # 通用组件 │ ├── communication/ # 通信模块 │ ├── control/ # 控制模块 │ └── perception/ # 感知模块 └── .git/ # Git 仓库 ``` ## 核心功能模块 ### 1. 基础模块（Base） **位置**：`/home/ubuntu/project/zxwl/sweeper/sweeper_200/src/base/` #### sweeper_interfaces（自定义接口） - **功能**：定义项目所需的 ROS2 自定义消息和服务接口 - **主要消息类型**： - `CanFrame.msg` - CAN 帧数据 - `DetectLine.msg` - 检测线数据 - `Fu.msg` - 浮动障碍物数据 - `McCtrl.msg` - 电机控制指令 - `Pl.msg` - 路径规划数据 - `Route.msg` - 路径数据 - `Rtk.msg` - RTK GPS 数据 - `Sub.msg` - 订阅数据 - `Task.msg` - 任务数据 - `VehicleIdentity.msg` - 车辆身份信息 #### vehicle_params（车辆参数） - **功能**：管理车辆的物理参数和配置信息 - **参数类型**：车辆尺寸、最大速度、加速度等 #### mc（电机控制） - **功能**：直接控制车辆的电机系统 - **通信方式**：CAN 总线通信 - **核心功能**：接收控制指令，驱动车辆运动 ### 2. 控制模块（Control） **位置**：`/home/ubuntu/project/zxwl/sweeper/sweeper_200/src/control/` #### ctrl_arbiter（控制仲裁器） - **功能**：控制源仲裁和安全管理 - **控制优先级**：无线遥控器 > 远程控制 > 自主驾驶 - **安全机制**：200ms 超时机制，超时后自动发布刹车指令 - **核心逻辑**：从三个控制源接收指令，根据优先级选择执行 #### radio_ctrl（无线遥控器控制） - **功能**：处理无线遥控器的控制指令 - **通信方式**：串口通信 - **操作方式**：支持前进、后退、转向、速度调节等 #### remote_ctrl（远程控制） - **功能**：处理远程服务器的控制指令 - **通信方式**：MQTT 协议 - **操作方式**：支持远程指令和任务控制 ### 3. 自主驾驶模块（Autonomy） **位置**：`/home/ubuntu/project/zxwl/sweeper/sweeper_200/src/autonomy/` #### fu（浮动障碍物检测） - **功能**：检测和识别浮动障碍物 - **感知技术**：激光雷达 + 路径规划 - **处理逻辑**：根据障碍物位置调整路径 #### pl（路径规划） - **功能**：规划车辆的行驶路径 - **技术特点**：基于 GPS 路径的动态规划 - **路径优化**：考虑障碍物和车辆动力学 #### route（路径管理） - **功能**：管理和加载 GPS 路径数据 - **路径存储**：routes/ 目录下的文本文件 - **数据格式**：GPS 坐标序列 ### 4. 感知模块（Perception） **位置**：`/home/ubuntu/project/zxwl/sweeper/sweeper_200/src/perception/` #### airy（激光雷达驱动） - **功能**：激光雷达数据采集和处理 - **支持型号**：RSLIDAR 系列激光雷达 - **SDK**：RSLIDAR SDK - **数据类型**：点云数据 #### rslidar_pointcloud_merger（点云合并） - **功能**：合并多个激光雷达的点云数据 - **技术特点**：空间坐标转换和数据融合 - **输出**：统一坐标系的点云数据 #### rtk（RTK GPS 定位） - **功能**：提供高精度 GPS 定位 - **定位精度**：厘米级定位 - **通信方式**：串口通信 ### 5. 通信模块（Communication） **位置**：`/home/ubuntu/project/zxwl/sweeper/sweeper_200/src/communication/` #### mqtt_report（MQTT 报告系统） - **功能**：向云端服务器上报车辆状态 - **上报内容**：位置、速度、姿态、传感器数据等 - **通信协议**：MQTT #### sub（MQTT 订阅系统） - **功能**：接收云端服务器的指令 - **支持指令**：控制指令、任务指令、参数更新等 - **通信协议**：MQTT #### task_manager（任务管理） - **功能**：管理和执行清扫任务 - **任务类型**：路径清扫、区域清扫、定时任务等 - **调度机制**：任务队列管理 ### 6. 通用组件（Common） **位置**：`/home/ubuntu/project/zxwl/sweeper/sweeper_200/src/common/` #### launch_system（启动系统） - **功能**：统一管理 ROS2 节点的启动 - **启动文件**：`start_all.launch.py` - 启动所有节点 - **特性**：支持节点自动重启（respawn=True） #### logger（日志系统） - **功能**：统一的日志管理和输出 - **日志级别**：DEBUG、INFO、WARN、ERROR、FATAL - **输出方式**：控制台输出 + 文件记录 ## 启动方式 ### 1. 系统准备 在启动前，需要确保系统环境已正确配置： ```bash ./prepare.sh ``` **功能**： - 配置 CAN 总线 - 设置串口权限 - 配置网络路由 - 检查系统依赖 ### 2. 无线遥控器模式 启动无线遥控器控制模式： ```bash ./radio_ctrl.sh ``` **启动节点**： - vehicle_params → radio_ctrl → mc → ctrl_arbiter → mqtt_report **适用场景**：近距离直接操作车辆 ### 3. 远程控制模式 启动远程控制模式： ```bash ./remote_ctrl.sh ``` **启动节点**： - vehicle_params → remote_ctrl → mc → ctrl_arbiter → mqtt_report **适用场景**：远程监控和操作车辆 ### 4. 全部节点启动 启动所有节点，包括完整的自主驾驶功能： ```bash ./start_all.sh ``` **启动节点**：所有 13+ 个 ROS2 节点 **功能**： - 完整的感知系统（激光雷达 + RTK GPS） - 自主驾驶功能（路径规划 + 障碍物检测） - 通信系统（MQTT 上报 + 远程控制） - 控制系统（控制仲裁 + 电机控制） **适用场景**：完全自主作业 ## 配置文件 ### config.json（全局配置） **位置**：项目根目录 **主要配置项**： ```json { "mqtt": { "external_net_address": "36.153.162.171", "external_net_port": 19683, "username": "zxwl", "password": "zxwl1234@" }, "detect_line_tolerance": 0.2, "detect_head_tolerance": 0.1, "lidar_detect_locate": { "front": 5.0, "rear": 2.0, "left": 1.5, "right": 1.5 } } ``` **配置说明**： - `mqtt`：MQTT 服务器配置 - `detect_line_tolerance`：路径检测的横向容忍度（米） - `detect_head_tolerance`：路径检测的航向容忍度（弧度） - `lidar_detect_locate`：激光雷达检测范围（米） ### routes/（路径数据） **位置**：项目根目录 **文件格式**： ``` 39.123456,116.123456 39.123457,116.123457 39.123458,116.123458 ``` **内容说明**： - 每行代表一个 GPS 坐标点 - 格式：纬度,经度 - 用于路径规划和导航 ## 开发环境搭建 ### 1. 安装 ROS2 Humble ```bash # 按照 ROS2 Humble 官方文档安装 # https://docs.ros.org/en/humble/Installation/Ubuntu-Install-Debians.html ``` ### 2. 克隆项目 ```bash git clone <项目地址> cd sweeper_200 ``` ### 3. 编译项目 ```bash colcon build --symlink-install ``` ### 4. 激活环境 ```bash source install/setup.bash ``` ### 5. 运行项目 ```bash # 查看可用的启动文件 ros2 launch common_launch start_all.launch.py ``` ## 通信协议 ### MQTT 通信 **服务器配置**（config.json）： - 地址：`36.153.162.171` - 端口：`19683` - 用户名：`zxwl` - 密码：`zxwl1234@` **主要主题**： - `vehicle/status`：车辆状态上报 - `vehicle/control`：远程控制指令 - `vehicle/task`：任务指令 ### ROS2 消息接口 **基础接口**（sweeper_interfaces）： - `McCtrl.msg`：电机控制指令 - `Rtk.msg`：RTK 定位数据 - `Pl.msg`：路径规划数据 - `Fu.msg`：障碍物数据 - 其他自定义消息 ## 安全机制 ### 1. 控制超时保护 - **超时时间**：200ms - **保护机制**：如果超过超时时间未收到控制指令，自动发布刹车指令 - **实现位置**：`ctrl_arbiter` 节点 ### 2. 异常检测 - **系统监控**：实时监控各个传感器状态 - **故障上报**：异常情况通过 MQTT 上报到云端 - **安全响应**：根据故障类型采取相应的安全措施 ### 3. 控制优先级 - **第一优先级**：无线遥控器（最高） - **第二优先级**：远程控制 - **第三优先级**：自主驾驶（最低） ## 部署和运行 ### 1. 部署到目标车辆 ```bash # 在开发环境编译 colcon build --symlink-install # 将编译后的文件传输到目标车辆 rsync -av install/ <目标车辆IP>:~/sweeper_200/install/ ``` ### 2. 运行监控 ```bash # 查看 ROS2 节点状态 ros2 node list # 查看主题列表 ros2 topic list # 查看主题数据 ros2 topic echo /topic_name # 查看节点信息 ros2 node info /node_name ``` ### 3. 调试方法 ```bash # 查看日志输出 ros2 run logger logger_node --ros-args --log-level debug # 使用 rqt 工具 rqt_graph # 查看节点图 rqt_plot # 数据可视化 rqt_console # 查看日志 ``` ## 常见问题 ### Q1：无法启动节点 **可能原因**： - 系统依赖未安装 - ROS2 环境未激活 - 权限问题（如串口权限） **解决方法**： ```bash # 检查依赖 rosdep install --from-paths src --ignore-src -r -y # 激活环境 source /opt/ros/humble/setup.bash source install/setup.bash # 设置权限 sudo chmod 666 /dev/ttyUSB* sudo chmod 666 /dev/can* ``` ### Q2：无法连接 MQTT 服务器 **可能原因**： - 网络连接问题 - MQTT 配置错误 - 防火墙设置 **解决方法**： ```bash # 检查网络连接 ping 36.153.162.171 # 检查 MQTT 配置 cat config.json # 检查防火墙 sudo ufw allow 19683/tcp ``` ### Q3：激光雷达数据异常 **可能原因**： - 激光雷达未连接 - 驱动未正确安装 - 通信故障 **解决方法**： ```bash # 检查激光雷达连接 lsusb # 查看 USB 设备 dmesg | grep ttyUSB # 查看串口 # 检查激光雷达状态 ros2 topic echo /rslidar_points ``` ## 项目文档 ### 1. 模块文档 - **src/common/logger/README.md** - 日志系统文档 - **src/perception/airy/rslidar_sdk-main/src/rs_driver/README.md** - 激光雷达 SDK 文档（含中文） ### 2. 代码规范 - **C++ 规范**：使用 .clang-format 配置 - **CMake 规范**：使用 .cmake-format.yaml 配置 - **Python 规范**：遵循 PEP8 规范 ## 贡献指南 ### 1. 代码风格 - 严格遵守项目的代码风格规范 - 提交前进行代码格式化 ### 2. 提交规范 ``` ():