# patrolbot_nav2

**Repository Path**: zhangnpl/patrolbot_nav2

## Basic Information

- **Project Name**: patrolbot_nav2
- **Description**: 本项目基于ROS2和Navigation2设计了一个自动巡检机器人仿真系统
- **Primary Language**: Unknown
- **License**: MIT
- **Default Branch**: master
- **Homepage**: None
- **GVP Project**: No

## Statistics

- **Stars**: 3
- **Forks**: 3
- **Created**: 2026-05-28
- **Last Updated**: 2026-08-22

## Categories & Tags

**Categories**: Uncategorized

**Tags**: None

## README

# patrolbot_nav2

## 1. 项目简介

本项目基于 **ROS 2 Humble** 与 **Navigation2**，实现了 Gazebo 仿真环境下的**自动巡检机器人**。<br>
机器人可在多个目标点之间循环巡逻；每到达一个巡检点后，通过语音播报当前状态，并使用摄像头采集图像，按位姿与时间戳格式保存到本地。<br>
应用场景如室内外复杂环境下，机器人携带多种传感器采集数据，按路线自动巡逻并记录现场图像。<br>

---

## 2. 功能介绍

- 可通过 YAML 配置初始位姿与多个巡检点 [x, y, yaw]
- 支持循环巡检模式（patrol_mode: loop）
- 可实现非阻塞导航（spin_once）+ 导航超时取消
- 可实时查询 TF 位姿（map → base_footprint）
- 到达目标点后可触发语音播报和拍照保存（文件名含坐标与时间戳）
- 支持可配置参数：map_frame、robot_base_frame、navigation_timeout_sec 等

扩展内容：
- 使用 C++实现 Nav2 **自定义全局规划器**与**局部控制器**插件（`pluginlib`）
- 在导航参数中预留**官方插件与自定义插件**的一键切换配置
- 将入门示例与正式巡检业务拆分为独立功能包
- 提供 pluginlib demo，便于理解插件加载机制

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##  3. 整体结构
### 3.1. 工作空间目录结构图

```
patrolbot_nav2-master/
├── README.md
└── src/
    ├── autopatrol_interfaces/      # 自定义接口
    ├── autopatrol_robot/           # 巡检主程序
    ├── patrolbot_description/      # 机器人模型与仿真
    ├── patrolbot_navigation2/      # 地图与 Nav2 配置
    ├── nav2_custom_planner/        # 自定义全局规划插件
    ├── nav2_custom_controller/     # 自定义局部控制插件
    ├── demo_patrolbot_application/ # Nav2 demo
    └── demo_pluginlib/             # pluginlib demo
```



### 3.2. 技术栈介绍


| 模块 | 技术 |
|------|------|
| 建图 | slam-toolbox（自带预建地图） |
| 导航 | Navigation 2（默认 Navfn + DWB；可切换自定义插件） |
| 仿真 | Gazebo |
| 运动控制 | ros2-control（差速驱动） |
| 巡检应用 | Python（`nav2_simple_commander`） |
| 语音| espeak-ng（中文 TTS）| 
| Nav2 扩展 | C++ 插件（`nav2_custom_planner` / `nav2_custom_controller`） |


### 3.3. 系统架构图
```
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│  autopatrol_robot（巡检应用：YAML 配点 / 语音 / 拍照）   │
└──────────────────────────┬──────────────────────────────┘
                           │ navigate_to_pose (Action)
┌──────────────────────────▼──────────────────────────────┐
│  patrolbot_navigation2（Nav2 + AMCL + 地图）             │
│    ├─ 默认: NavfnPlanner + DWBLocalPlanner              │
│    └─ 可选: CustomPlanner + CustomController（插件）    │
└──────────────────────────┬──────────────────────────────┘
                           │ /cmd_vel
┌──────────────────────────▼──────────────────────────────┐
│  patrolbot_description（Gazebo + URDF + ros2_control）   │
└──────────────────────────────────────────────────────────┘
```


### 3.4. 开发环境

本项目开发平台信息如下：

- 系统版本： Ubunt22.04
- ROS 版本：ROS 2 Humble

---

## 4. 使用方法

### 4.1.安装依赖

构建之前请先安装依赖，指令如下：

1 安装 SLAM 和 Navigation 2

```shell
sudo apt install ros-$ROS_DISTRO-nav2-bringup ros-$ROS_DISTRO-slam-toolbox
```

2 安装仿真相关功能包

```shell
sudo apt install ros-$ROS_DISTRO-robot-state-publisher \
  ros-$ROS_DISTRO-joint-state-publisher \
  ros-$ROS_DISTRO-gazebo-ros-pkgs \
  ros-$ROS_DISTRO-ros2-controllers \
  ros-$ROS_DISTRO-xacro
```

3 语音、图像与 Python 依赖

```shell
sudo apt install python3-pip espeak-ng -y
sudo pip3 install espeakng
sudo apt install ros-$ROS_DISTRO-tf-transformations
sudo pip3 install transforms3d opencv-python
```

4 Nav2 插件开发（C++ 自定义包）

构建 `nav2_custom_planner`、`nav2_custom_controller` 时需已安装 Nav2 开发依赖（通常随 `nav2-bringup` 一并安装）。若编译报缺少头文件，可补充：

```shell
sudo apt install ros-$ROS_DISTRO-navigation2 ros-$ROS_DISTRO-nav2-core
```

### 4.2.运行方法

安装完成依赖后，可以使用 colcon 工具进行构建和运行。

构建功能包

```shell
colcon build
```

终端一：运行仿真 gazebo

```shell
source install/setup.bash
ros2 launch patrolbot_description gazebo_sim.launch.py
```

终端二：运行导航 navigation2+Rviz2

```shell
source install/setup.bash
ros2 launch patrolbot_navigation2 navigation2.launch.py
```

终端三：运行自动巡检 autopatrol

```shell
source install/setup.bash
ros2 launch autopatrol_robot autopatrol.launch.py
```
巡检抓拍的图片默认保存在**启动巡检节点时的当前工作目录**下的 `picture/` 文件夹。

---

## 5. 切换 Nav2 自定义插件

配置文件：`src/patrolbot_navigation2/config/nav2_params.yaml`

默认配置为：

- **全局规划**：`nav2_navfn_planner/NavfnPlanner`
- **局部控制**：`dwb_core::DWBLocalPlanner`

切换为自定义插件：

**（1）局部控制器** — 在 `controller_server` 中注释 DWB 相关 `plugin` 行，启用：

```yaml
FollowPath:
  plugin: "nav2_custom_controller::CustomController"
  max_linear_speed: 0.1
  max_angular_speed: 1.0
```

**（2）全局规划器** — 在 `planner_server` 中注释 Navfn 配置，启用：

```yaml
GridBased:
  plugin: "nav2_custom_planner/CustomPlanner"
  interpolation_resolution: 0.1
```
修改后重新编译并 source，再按运行的顺序启动。可在 RViz 中对比全局路径形态与机器人运动差异。

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## 6.作者
- [zhangnpl](https://gitee.com/zhangnpl)
- 参考书籍《ROS2机器人开发从入门到实践》桑欣（鱼香ros）