Handex-Robots: ROS2智能机器人控制系统

本项目是基于ROS2 Humble的多机器人协同控制系统，集成了移动机器人、机械臂、激光雷达等多种硬件设备，实现了自主导航、路径规划、任务调度等功能。

📋 项目概述

该系统采用Master-Slave分布式架构，支持多机器人协同工作：

Master节点: 负责路径规划、地图构建、全局任务调度
Slave节点: 负责局部任务执行、设备控制

主要功能特性

🤖 多机器人协同控制
🗺️ SLAM建图与定位
🎯 智能路径规划（A*算法 + MPC控制）
🦾 机械臂控制（Piper机械臂支持）
🎮 主从遥操作（Viola/Violin主臂控制Piper从臂）
🔄 数据采集和回放（基于LeRobot框架）
📡 激光雷达集成（RPLidar支持）
🚗 移动平台控制（Tracer机器人支持）
📱 任务调度系统

🏗️ 系统架构

Handex-Robots/
├── Master/                 # 主控节点
│   ├── src/               # 源码目录
│   │   ├── algorithm/     # 算法包
│   │   ├── piper_ros/     # 机械臂控制
│   │   ├── rplidar_ros/   # 激光雷达
│   │   └── tracer_ros2/   # 移动平台
│   ├── install/           # 编译输出
│   ├── map/              # 地图文件
│   └── script/           # 启动脚本
└── Slave/                 # 从控节点
    ├── dispatch_pkg/      # 调度包
    ├── task_handler/      # 任务处理
    └── lerobot_piper/     # 主从遥操作模块
        ├── viola_piper_teleop.py      # 基础遥操作
        ├── viola_piper_advanced.py   # 高级遥操作
        ├── README_Viola_Piper_Teleop.md  # 遥操作文档
        └── VIOLA_PIPER_LEROBOT_GUIDE.md  # LeRobot集成指南

🔧 硬件支持

移动平台

Tracer Robot: 全地形移动机器人
Tracer Mini: 小型移动平台

机械臂

Piper机械臂: 6自由度工业机械臂
支持带夹爪和无夹爪两种配置
Viola/Violin机械臂: 作为主臂进行遥操作控制
主从遥操作: 支持Viola/Violin主臂控制Piper从臂

传感器

RPLidar系列: A1/A2/A3/S1/S2/S3/T1/C1等多款型号
CAN总线: 设备通信
USB转CAN: 通信适配器

🚀 快速开始

环境要求

# 系统要求
Ubuntu 22.04 LTS
ROS2 Humble
Python >= 3.10

依赖安装

# 安装ROS2控制相关包
sudo apt install ros-humble-ros2-control
sudo apt install ros-humble-ros2-controllers
sudo apt install ros-humble-controller-manager

# 安装CAN工具
sudo apt update && sudo apt install can-utils ethtool iproute2

# 安装Python依赖
pip3 install python-can scipy piper_sdk

# 确保python-can版本 >= 4.3.1
pip3 install --upgrade python-can

# 安装主从遥操作依赖
pip3 install numpy torch h5py matplotlib lerobot

编译项目

# 创建工作空间
mkdir -p ~/handex_ws/src
cd ~/handex_ws/src

# 克隆项目
git clone <your-repo-url> handex-robots

# 编译
cd ~/handex_ws
colcon build

# 设置环境变量
source install/setup.bash

CAN总线配置

# 查找CAN设备
cd Master/src/piper_ros
bash find_all_can_port.sh

# 启动CAN接口
cd ~/handex_ws/src/handex-robots/Master/script
bash bringup_can2usb_500k.bash

🎮 运行系统

1. 启动移动平台

# 标准Tracer
ros2 launch tracer_base tracer_base.launch.py

# 或者Tracer Mini
ros2 launch tracer_base tracer_mini_base.launch.py

2. 启动机械臂

# 带夹爪版本
ros2 launch piper_with_gripper_moveit piper_moveit.launch.py

# 无夹爪版本  
ros2 launch piper_no_gripper_moveit piper_moveit.launch.py

3. 启动激光雷达

# 根据你的雷达型号选择
ros2 launch rplidar_ros rplidar_s1_launch.py  # S1型号
ros2 launch rplidar_ros rplidar_a3_launch.py  # A3型号

4. 启动导航系统

# 路径规划和MPC控制
ros2 launch my_pkg APF_MPC.launch.py GOAL_X:=2.0 GOAL_Y:=3.0

5. 启动任务调度

# Master调度节点
ros2 run dispatch_pkg dispatch_car

# Slave任务处理
ros2 run task_handler task_handler_node

6. 主从机械臂遥操作

# 进入遥操作模块目录
cd Slave/lerobot_piper

# 检查设备连接
python lerobot/scripts/find_viola_piper_ports.py

# 基础遥操作（Viola主臂控制Piper从臂）
python viola_piper_teleop.py

# 高级遥操作（包含力反馈和可视化）
python viola_piper_advanced.py

# 使用LeRobot框架进行数据采集
python viola_piper_control_robot.py \
    --control.type=record \
    --control.fps=30 \
    --control.num_episodes=50 \
    --control.episode_time_s=30

🛠️ 核心算法模块

路径规划算法

A*算法: 全局路径规划
人工势场法(APF): 局部避障
MPC控制器: 轨迹跟踪控制

SLAM建图

slam_toolbox: 实时建图定位
grid_map: 栅格地图表示
配置文件: Master/script/my_slam_config.yaml

运动控制

差分驱动模型: 移动平台控制
MoveIt!: 机械臂运动规划
CAN总线通信: 底层硬件接口
主从遥操作: Viola/Violin主臂控制Piper从臂
关节映射算法: 主从臂关节空间映射
力反馈系统: 实时力反馈控制

📡 通信接口

主要话题

话题名称	消息类型	描述
`/cmd_vel`	`geometry_msgs/Twist`	速度控制命令
`/odom`	`nav_msgs/Odometry`	里程计信息
`/scan`	`sensor_msgs/LaserScan`	激光雷达数据
`/goal_pose`	`geometry_msgs/PoseStamped`	目标位置
`/task`	`std_msgs/Int8`	任务指令
`/car_state`	`std_msgs/Int8`	机器人状态
`/arm_state`	`std_msgs/Int8`	机械臂状态
`/leader_joints`	`sensor_msgs/JointState`	主臂关节状态
`/follower_joints`	`sensor_msgs/JointState`	从臂关节状态
`/force_feedback`	`geometry_msgs/WrenchStamped`	力反馈信息

服务接口

服务名称	服务类型	描述
`/piper_msgs/srv/*`	自定义服务	机械臂控制服务
`/tracer_msgs/srv/*`	自定义服务	移动平台服务

🎯 任务调度系统

任务类型定义

enum TaskType {
    TASK_NAVIGATION = 10,        // 导航任务
    TASK_ARM_CONTROL = 15,       // 机械臂控制
    TASK_TELEOPERATION = 20,     // 主从遥操作
    TASK_DATA_COLLECTION = 25,   // 数据采集
    TASK_IDLE = 0,              // 空闲状态
    TASK_UNKNOWN = 255          // 未知任务
};

状态机制

enum RobotState {
    STATE_IDLE = 0,         // 空闲
    STATE_BUSY = 1,         // 忙碌
    STATE_ERROR = 2         // 错误
};

📊 可视化界面

系统集成了RViz2可视化工具：

# 启动RViz可视化
ros2 run rviz2 rviz2 -d Master/src/algorithm/my_pkg/rviz/my_rviz.rviz

可视化内容包括：

🗺️ 实时地图显示
🤖 机器人位姿
📍 路径规划结果
🎯 目标点设置
📡 传感器数据
🦾 主从臂关节状态对比
💪 力反馈数据可视化
📊 关节轨迹记录

🔐 安全注意事项

⚠️ 重要安全提醒:

急停准备: 始终准备好遥控器接管控制
测试环境: 在安全的测试环境中运行
权限检查: 确保CAN设备有足够的访问权限
速度限制: 调试时使用较低的运动速度

🐛 故障排除

常见问题

CAN设备连接失败

# 检查设备权限
sudo chmod 666 /dev/ttyUSB*
# 重新加载驱动
sudo modprobe gs_usb

ROS节点启动失败

# 检查环境变量
source /opt/ros/humble/setup.bash
source ~/handex_ws/install/setup.bash

激光雷达无数据

# 检查设备连接
ls /dev/ttyUSB*
# 检查权限
sudo chmod 777 /dev/ttyUSB0

主从遥操作连接失败

# 检查Viola机械臂串口
ls /dev/ttyUSB*
sudo chmod 666 /dev/ttyUSB0

# 检查Piper机械臂CAN接口
ip link show can0
sudo ip link set can0 up type can bitrate 1000000

遥操作延迟过高

# 优化系统性能
sudo sysctl -w net.core.rmem_max=134217728
sudo sysctl -w net.core.wmem_max=134217728

# 使用实时内核（可选）
sudo apt install linux-lowlatency

调试工具

# 查看话题列表
ros2 topic list

# 监听话题数据
ros2 topic echo /scan

# 查看节点状态
ros2 node list

# 检查参数配置
ros2 param list

# 遥操作调试
# 监听主臂关节状态
ros2 topic echo /leader_joints

# 监听从臂关节状态  
ros2 topic echo /follower_joints

# 检查力反馈数据
ros2 topic echo /force_feedback

# 测试遥操作连接
python Slave/lerobot_piper/test_viola_piper_teleop.py

🤝 贡献指南

欢迎提交Issue和Pull Request来改进项目。

开发规范

遵循ROS2编码规范
添加适当的注释和文档
测试新功能的兼容性
更新相应的配置文件

📄 许可证

本项目采用多种开源许可证：

机械臂部分: Apache-2.0
移动平台部分: BSD
算法部分: TODO(待更新)

📞 联系方式

维护者: humble2204
邮箱: [email protected]

🙏 致谢

感谢以下开源项目的支持：

最后更新: 2025年7月

Name		Name	Last commit message	Last commit date
Latest commit History 2 Commits
Master		Master
Slave		Slave
README.md		README.md

Handex-Team/Handex-Robots

Folders and files

Latest commit

History

Repository files navigation