diff --git a/README.md b/README.md index 89a56ef..8a02153 100644 --- a/README.md +++ b/README.md @@ -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> \ No newline at end of file +# 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` | diff --git a/docs/architecture.md b/docs/architecture.md new file mode 100644 index 0000000..fa5e2f7 --- /dev/null +++ b/docs/architecture.md @@ -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 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 | diff --git a/modules/chassis b/modules/chassis index 7260fe9..29e605a 160000 --- a/modules/chassis +++ b/modules/chassis @@ -1 +1 @@ -Subproject commit 7260fe9fba44fa6bb2bee0041dd9a02c0dabb5dc +Subproject commit 29e605abe87cacc7046814341709e3c1a8c0282e diff --git a/modules/vision b/modules/vision index b7591f7..ebe3c54 160000 --- a/modules/vision +++ b/modules/vision @@ -1 +1 @@ -Subproject commit b7591f7b31845aa07933e29fbdac0291ae8f8443 +Subproject commit ebe3c548187587fa8b1800b60839902c6403cc47 diff --git a/modules/vision-web b/modules/vision-web index 38f649e..5123fb8 160000 --- a/modules/vision-web +++ b/modules/vision-web @@ -1 +1 @@ -Subproject commit 38f649e2873de7df5a9016925ed57aa73015b4dc +Subproject commit 5123fb8fc9631fd653c16118557bb136c45c48b9