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百科github.com18 天前

宇树 G1 基于 ROS2 Nav2 的导航栈落地实践 ​

记录宇树 G1 在机载计算单元运行 ROS2 Humble Nav2 的系统拓扑、通信隔离、步态适配速度控制、碰撞监控与避障恢复策略。

  • 感知与导航

宇树科技宇树 G1

本文为宇树 G1 EDU 真机实操记录，固件/SDK 版本以文中标注为准。

1. 系统架构与通信隔离 ​

在宇树 G1 的机载计算单元（PC2，硬件平台 Jetson Orin，宿主系统 Ubuntu 20.04）上落地 Nav2 时，为解耦系统依赖，采用容器化方案运行 ROS2 Humble Nav2。

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控制台界面 ──(HTTP)──> 宿主机边缘主服务
                           │
                           │ 标准输入输出 JSONL 管道
                           ▼
                     Nav2 容器 (ROS2 Humble, --network host)
                           │
                           │ cmd_vel / TF / costmap (ROS_DOMAIN_ID=42)
                           ▼
                     底层运动适配器 ──(DDS)──> 机器人底盘 (ROBOT_DDS_DOMAIN=0)

关键隔离机制：

  • 通信域隔离：Nav2 容器内部使用 ROS_DOMAIN_ID=42，底盘通信与传感器点云使用 ROBOT_DDS_DOMAIN=0，避免 ROS 话题与底盘 DDS 话题相互干扰。
  • 权限与速度下发唯一出口：Nav2 不直接向底层硬件发送驱动报文，仅产生目标速度建议。速度建议必须经安全看门狗、加速度限制与死区判定后，由适配器独占调用 LocoClient.SetVelocity 执行。

2. 实时点云预处理与代价地图 ​

2.1 Mid-360 点云滤波 ​

机载 LiDAR 点云进入局部代价地图（costmap）前，执行以下预处理流水线：

  1. 自体回波滤除：剔除机身周围 0.30m 范围内的点，防止机体自身（手臂、双腿）形成伪障碍。
  2. 体素下采样：采用 0.10m 体素网格下采样，降低计算开销。
  3. 噪点滤除：过滤少于 3 个点的孤立点云簇，单帧最多保留 1200 个用于局部代价地图更新的有效点。
  4. 有效高度截取：将高度窗口限制在 0.15m ～ 1.80m，排除地面微小颠簸并覆盖人体与立柱障碍。

2.2 代价地图几何约束 ​

  • 机器轮廓（Footprint）：采用矩形多边形 [(±0.35m, ±0.28m)] 并附加 0.08m 边距。
  • 膨胀半径（Inflation Radius）：生产参数采用紧凑的 0.43m（覆盖足迹边距后的外接圆下限），防止在走廊环境下因过度膨胀造成无路可走。

3. 双足步态速度控制策略 ​

由于双足人形机器人的动力学特质，速度控制必须严格契合物理步态：

  1. 有效行走下限：G1 的运动控制存在起步步态死区。若输出线速度低于 0.20m/s，机器人往往仅出现双足踏步抖动而无法产生有效位移。因此局部规划器设置 min_speed_xy = 0.20m/s。
  2. 平滑死区处理：速度平滑器配置死区过滤 [0.19, 0.0, 0.10]。若避障或制动逻辑将目标线速度压缩至 (0, 0.20m/s) 区间，系统直接将整体速度指令清零（含角速度），避免在原地异常扭转。
  3. 禁用横移：双足步态行进中严格设置横向速度 vy = 0，仅允许前进 vx 与就地转向 wz。
  4. 加速度与角速度限制：线速度上限设为 0.40m/s，角速度上限设为 0.30rad/s。

4. 碰撞监控与避障恢复机制 ​

4.1 Collision Monitor 保护 ​

在速度平滑器之后配置 Collision Monitor 节点，采用二元 StopZone 机制：

  • 当障碍物进入制动包络时，瞬时将下发速度归零；
  • 避免配置多级按比例减速区域，防止低速输出落入双足步态死区引起振荡。

4.2 障碍物恢复行为树 ​

当行进路线受阻时，遵循分级恢复策略：

  1. 就地停等：优先保持当前规划路径，原地停等 3 秒，等待临时路过的行人离开。
  2. 后向净空检测与短距倒退（BackUp）：
    • 检查机器人后方走廊（x = [-1.00, -0.43]m, |y| ≤ 0.55m, z = [0.15, 1.80]m）；
    • 在连续多帧确认后方完全无障碍点且雷达数据新鲜的前提下，允许执行单次短距倒退（距离 0.15m，速度 0.20m/s）；
    • 倒退后必须全轴停稳 0.50s 再触发全局重规划。
  3. 等待操作员处理：若后方存在障碍或多次重规划仍无可用路径，机器人进入暂停待命状态，由操作员确认现场情况后决定恢复或取消任务。

5. 到点容差与航向对齐 ​

目标点完成判定遵循“位置先收敛，航向有界尽力”原则：

  • 容差门限：平面位置 XY 容差设为 0.35m，最终偏航角 yaw 容差设为 0.50rad。
  • 航向原地对准：当机器人进入 XY 容差半径后，锁定位置完成状态，线速度强制清零，仅允许以不超过 0.30rad/s 的角速度进行原地转向。
  • 超时保护：原地航向对齐设置 6.0s 严格超时。若超时仍未完全消除角度偏差，系统立即下发零速并标记到点完成，防止机器人在终点无限打转。

来源

本页事实对应的公开页面，以原文为准。

  1. Navigation2 Documentation访问 2026-10-10
  2. unitree_sdk2_python访问 2026-10-10