AimBot/Auto-Aim-Mobile-Bot
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docs: 完善项目文档，新增系统架构说明

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- 新增 docs/architecture.md 系统架构文档
- 完善主仓库 README.md 项目说明
- 更新 chassis/vision/vision-web 子模块至最新（含文档完善）
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李傲琦
2026-06-07 21:02:44 +08:00
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README.md
+54 -12
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@@ -1,22 +1,64 @@
# Auto-Aim Mobile Bot
> **自动瞄准移动机器人**
>
> 依托于 2025 年电赛 E 题。本项目旨在开发一套具备自主识别、追踪目标能力的移动机器人系统。
> 自动瞄准移动机器人系统 — 多处理器分布式架构，具备自主识别、追踪与运动控制能力。
## 📂 项目结构
## 项目概述
本项目采用 **Git Submodule** 管理各个功能模块，核心代码分散在子仓库中。
本项目实现了一套完整的自动瞄准移动机器人系统。系统由四个功能模块组成，分别运行在独立的嵌入式处理器上，通过串口和网络进行实时通信。系统支持三种工作模式：全自主追踪巡线 (AUTO)、手动遥控 (MANUAL) 和在线调试 (DEBUG)。
## 🛠️ 技术栈
## 系统架构
- **硬件平台**:
- **开发语言**:
- **核心算法**:
```
┌─────────────┐ ┌────────────────────┐ ┌──────────────┐
│ Vision-Web │ ──► │ Vision (ROS2) │ ──► │ Gimbal MCU │
│ (Vue3 前端) │ │ (Jetson, 视觉处理) │ │ (云台控制) │
└─────────────┘ └────────┬───────────┘ └──────────────┘
│
▼
┌──────────────┐
│ Chassis MCU │
│ (底盘控制) │
└──────────────┘
```
## 🚀 快速开始
详细架构说明见 [docs/architecture.md](docs/architecture.md)。
由于项目使用了子模块，克隆时请务必加上 `--recursive` 参数：
## 模块
| 模块 | 路径 | 硬件平台 | 说明 |
|------|------|----------|------|
| Vision | `modules/vision/` | NVIDIA Jetson | ROS2 视觉处理、PnP 位姿估计、HTTP API |
| Gimbal | `modules/gimbal/` | STM32H723ZG | 两轴云台、IMU 姿态解算、DM 电机控制 |
| Chassis | `modules/chassis/` | MSPM0G3507 | 差速底盘、IMU、巡线、三环 PID |
| Vision-Web | `modules/vision-web/` | 浏览器 | Vue3 远程控制、MJPEG 视频流、PID 调参 |
## 技术栈
| 层 | 技术 |
|----|------|
| 视觉处理 | ROS2 Humble, Python 3, OpenCV, Microdot |
| 云台控制 | C, FreeRTOS, STM32CubeH7 HAL, CMSIS-DSP |
| 底盘控制 | C, Keil MDK, TI MSPM0 SDK |
| 前端 | Vue 3, Vite, roslibjs |
| 通信 | UART (二进制帧协议), CAN (DM 电机), WebSocket (rosbridge) |
## 快速开始
```bash
git clone --recursive <主仓库地址>
# 克隆主仓库及所有子模块
git clone --recursive git@git.skyli.cc:AimBot/Auto-Aim-Mobile-Bot.git
# 更新子模块到最新
git submodule update --remote --recursive
```
各模块的构建和运行说明见对应子模块的 README 文档。
## 子模块仓库
| 模块 | 仓库地址 |
|------|----------|
| Vision | `git@git.skyli.cc:AimBot/Vision.git` |
| Vision-Web | `git@git.skyli.cc:AimBot/Vision-Web.git` |
| Gimbal | `git@git.skyli.cc:AimBot/Gimbal.git` |
| Chassis | `git@git.skyli.cc:AimBot/Chassis.git` |
docs/architecture.md
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@@ -0,0 +1,190 @@
# Auto-Aim Mobile Bot — 系统架构
## 概述
Auto-Aim Mobile Bot 是一个基于多处理器分布式架构的自动瞄准移动机器人系统。系统由四个功能模块组成，分别运行在独立的硬件平台上，通过串口和网络进行实时通信。
## 硬件拓扑
```
┌──────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ Jetson (aarch64) │
│ ┌─────────────┐ ┌──────────────┐ ┌─────────────────────────┐ │
│ │ 工业相机 │ │ vision (ROS2)│ │ Nginx :80 │ │
│ │ (Hikrobot) │ │ - 目标检测 │ │ - 前端静态文件 │ │
│ │ │ │ - PnP 位姿 │ │ - /stream → web_video │ │
│ │ │ │ - HTTP API │ │ - /api → web_node │ │
│ └──────────────┘ └──────┬───────┘ └─────────────────────────┘ │
│ │ UART │
│ ┌────────────────┼────────────────┐ │
│ ▼ ▼ ▼ │
│ ┌─────────────┐ ┌────────────┐ ┌──────────────┐ │
│ │ Gimbal MCU │ │Chassis MCU │ │ 激光模组 │ │
│ │ (STM32H723) │ │(MSPM0G3507)│ │ (GPIO 控制) │ │
│ └──────┬──────┘ └──────┬─────┘ └──────────────┘ │
│ │ │ │
│ ┌────┴────┐ ┌────┴────┐ │
│ │DM-G6220 │ │ 左轮电机 │ │
│ │DM-J4310 │ │ 右轮电机 │ │
│ │BMI088 │ │ICM-42688│ │
│ └─────────┘ │灰度传感器 │ │
│ └─────────┘ │
└──────────────────────────────────────────────────────────────────┘
```
## 模块架构
### 1. Vision (ROS2 视觉处理) — `modules/vision/`
运行在 NVIDIA Jetson 上，是整个系统的"眼睛"和"大脑"。
- **技术栈**: ROS2 Humble, Python 3, OpenCV, Microdot
- **核心功能**:
- Hikrobot 工业相机图像采集
- Otsu 二值化 + 轮廓层级矩形检测
- PnP 位姿估计 (SOLVEPNP_IPPE)
- 激光光斑世界坐标计算
- HTTP REST API (模式切换、PID 配置、激光控制)
- **串口通信**: 与云台 (921600bps) 和底盘 (115200bps) 通过定制二进制帧协议通信
- **Web 服务**: rosbridge WebSocket (9090), web_video_server (8081), Nginx (80)
### 2. Gimbal (云台控制) — `modules/gimbal/`
运行在 STM32H723ZG (Cortex-M7, 480MHz) 上，控制两轴云台实现视觉追踪。
- **技术栈**: C, FreeRTOS, STM32CubeH7 HAL, CMSIS-DSP
- **核心功能**:
- BMI088 IMU 姿态解算 (四元数 EKF)
- DM 电机双环 PID 控制 (外环视觉PID + 内环角度PID)
- 上位机串口协议解析 (0xA5/A6/A7/A8 帧)
- Pub-Sub 消息总线解耦模块
- 三种工作模式: AUTO/MANUAL/DEBUG
- **控制频率**: INS 1kHz, Motor 1kHz, Robot 500Hz, Daemon 100Hz
### 3. Chassis (底盘控制) — `modules/chassis/`
运行在 TI MSPM0G3507 (Cortex-M0+, 80MHz) 上，控制两轮差速底盘运动。
- **技术栈**: C, Keil MDK, TI MSPM0 SDK
- **核心功能**:
- 双电机 PWM 驱动 + QEI 编码器测速
- ICM-42688-P IMU 姿态解算 (Mahony AHRS)
- 8 通道灰度传感器巡线
- 三环 PID 控制 (速度环 / 角度环 / 位置环)
- UART 串口命令解析 (0xA6/A7/A8/A9 帧)
- 三种工作模式: AUTO/MANUAL/DEBUG
### 4. Vision-Web (前端) — `modules/vision-web/`
基于 Vue 3 的 Web 前端，提供远程监控和遥控。
- **技术栈**: Vue 3, Vite, Vue Router 4, roslibjs
- **页面**:
- **AutoMode**: MJPEG 视频流实时预览
- **ManualMode**: WASD + 方向键键盘遥控底盘和云台
- **DebugMode**: 在线 PID 参数调节
- **通信**: rosbridge WebSocket (实时控制), HTTP REST (模式切换), MJPEG (视频流)
## 数据流
```
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ camera_node ──/camera/image_raw──► vision_node │
│ │ │
│ ┌──────────────────┼──────────────┐ │
│ ▼ ▼ ▼ │
│ /vision/target /vision/result /vision/debug │
│ │ │ │ │
│ ▼ ▼ ▼ │
│ gimbal_node web_video_server (MJPEG) │
│ │ │ │
│ ▼ ▼ │
│ UART 0xA5 帧 浏览器 <img> 标签 │
│ │ │
│ ▼ │
│ Gimbal MCU (USART10) │
│ │ │
│ ▼ │
│ robot_cmd ──gimbal_cmd──► gimbal ──► DM Motor │
│ │
│ ┌─────────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ 浏览器 (Vue3) │ │
│ │ │ │
│ │ ManualMode: WASD → roslibjs → /cmd_chassis │ │
│ │ │ │
│ │ 方向键 → roslibjs → /cmd_gimbal │ │
│ │ │ │
│ │ J 键 → fetch POST /api/laser │ │
│ └─────────────────────────────────────────────────────┘ │
│ │
│ ┌─────────────────────────────────────────┐ │
│ │ web_node (:8080) │ │
│ │ │ │
│ │ POST /api/gimbal/mode/switch → /gimbal/mode │
│ │ POST /api/chassis/mode/switch → /chassis/mode │
│ │ POST /api/laser → /laser/command │
│ │ GET/POST /api/gimbal/pidconfig → /web/gimbal_pid_config │
│ │ GET/POST /api/chassis/pidconfig → /web/chassis_pid_config │
│ └─────────────────────────────────────────┘ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘
```
## 通信协议
系统内部使用统一的二进制帧协议，帧头区分帧类型，校验和为字节累加。
### 云台协议 (USART10, 921600bps)
| 帧头 | 长度 | 方向 | 用途 |
|------|------|------|------|
| 0xA5 | 18B | PC→MCU | 自动追踪 (measure_x, ref_x, measure_y, ref_y) |
| 0xA6 | 10B | PC→MCU | 手动控制 (yaw_vel, pitch_vel) |
| 0xA7 | 3B | PC→MCU | 命令帧 (模式切换, 激光控制) |
| 0xA8 | 50B | PC→MCU | PID 调参 (12 个 float) |
| 0xA9 | 6B | PC→MCU | 前馈角速度 |
### 底盘协议 (UART, 115200bps)
| 帧头 | 长度 | 方向 | 用途 |
|------|------|------|------|
| 0xA6 | 8B | PC→MCU | 手动控制 (motor_speed_base, angle_velocity) |
| 0xA7 | 3B | PC→MCU | 命令帧 (模式切换) |
| 0xA8 | 38B | PC→MCU | PID 调参 (9 个 float) |
| 0xA9 | 6B | MCU→PC | 前馈角速度 |
### PID 控制层级
```
底盘:
位置环 (50Hz) ──► 角度环 (50Hz) ──► 速度环 (100Hz)
灰度传感器 IMU Yaw 编码器
云台:
视觉环 (500Hz) ──► 角度环 (1kHz)
图像测量 IMU 姿态
```
## 工作模式
| 模式 | 云台 | 底盘 | 说明 |
|------|------|------|------|
| AUTO | 视觉追踪目标 | 灰度巡线 | 全自主运行 |
| MANUAL | 接收角速度指令 | 接收速度指令 | 手动遥控 |
| DEBUG | 电机失能，可调参 | 电机失能，可调参 | PID 在线调试 |
## 网络端口分配
| 端口 | 服务 | 协议 |
|------|------|------|
| 80 | Nginx (前端 + 反代) | HTTP |
| 8080 | web_node (API) | HTTP |
| 8081 | web_video_server | HTTP (MJPEG) |
| 9090 | rosbridge | WebSocket |
## 硬件规格
| 模块 | MCU | 主频 | Flash | RAM | 传感器 |
|------|-----|------|-------|-----|--------|
| Gimbal | STM32H723ZG (Cortex-M7) | 480MHz | 1MB | 128KB DTCM | BMI088 6轴 IMU |
| Chassis | MSPM0G3507 (Cortex-M0+) | 80MHz | 128KB | 32KB | ICM-42688-P, 8ch 灰度 |
| Vision | NVIDIA Jetson (aarch64) | — | — | — | Hikrobot 工业相机 |
modules/chassis
+1 -1
Submodule modules/chassis updated: 7260fe9fba...29e605abe8
modules/vision
+1 -1
Submodule modules/vision updated: b7591f7b31...ebe3c54818
modules/vision-web
+1 -1
Submodule modules/vision-web updated: 38f649e287...5123fb8fc9