OpenRobot-One | ROS 2 × STM32 双电机闭环台架

OpenRobot-One 是一个分层验证的差速移动机器人 MVP。仿真轨验证 Gazebo、 LaserScan、TF 与 SLAM；真机轨在无轮、架空双电机台架上验证 /cmd_vel → ROS 2 C++ 串口驱动 → STM32F407 → 双 BTS7960 → 双编码器电机 闭环和失效停车。

当前边界：真机是架空台架，不代表落地运动、里程计精度、真机 SLAM 或 Nav2。台架只发布 /bench/odom_estimate 数据，不广播底盘 TF。

成果与证据 · 架构 · 验收 · 协议 · 真机演示

最新成果

范围	状态	当前证据
ROS 2 Humble 工程	实际通过	Docker 中 11 个包、106 项测试，0 失败/错误、3 项跳过
Gazebo + LaserScan + SLAM	实际通过	/scan、/odom、目标 TF 与 /map 运行记录
STM32F407 与 UART	实际通过	构建/下载/verify、10000/10000 PING/PONG、20/20 重连
双电机 FF+PI 闭环	实际通过	架空台架前进、后退和双向差速旋转
ROS 2 真机链路	实际通过	/cmd_vel、/joint_states、/bench/odom_estimate
安全停车	实际通过	ROS 2 端 300 ms 命令超时；STM32 端 500 ms 通信看门狗
一键硬件回归	实际通过	2026-09-05 实测 7/7 PASS

最新真机结果：

PASS  idle
PASS  forward
PASS  stop_after_forward
PASS  backward
PASS  left_turn
PASS  right_turn
PASS  cmd_timeout

Result: 7/7 tests passed
HARDWARE SMOKE TEST: PASS

详细数值和证据边界见 硬件验收记录。

系统链路

/cmd_vel
   ↓
openrobot_driver (ROS 2 Humble / C++17)
   ├─ 差速运动学 → 左右轮目标 RPM
   ├─ 300 ms /cmd_vel 超时停车
   └─ UART 115200 8N1
            ↓
       STM32F407
   ├─ 100 Hz FF+PI 速度闭环
   ├─ 20 kHz PWM
   ├─ 双编码器测速
   └─ 500 ms 通信看门狗
            ↓
     双 BTS7960 / 双电机
            ↓
      编码器遥测反馈
   ├─ /joint_states
   └─ /bench/odom_estimate（架空数学估算）

TF 所有权保持唯一：仿真模式由 Gazebo 发布 odom → base_footprint；真机 架空台架不发布该变换，也不发布替代底盘 TF。

快速复现

仿真与测试

docker build -f docker/Dockerfile -t openrobot-one:humble .
docker compose -f docker/compose.yaml run --rm dev
./scripts/build_ros.sh
./scripts/run_sim.sh --rviz

另一个容器终端：

source /workspace/install/setup.bash
./scripts/check_topics.sh
./scripts/check_slam.sh

真机台架

前提：双电机安全架空、电源与公共地已检查、固件已烧录、CH340 已映射为 /dev/ttyUSB0。

cd /mnt/d/OpenRobot-One
bash scripts/hardware_acceptance.sh

演示拍摄入口：

bash scripts/video_demo.sh

两个脚本都会要求明确输入 YES 后才发送非零命令，并在退出时请求停车。

工程结构

OpenRobot-One/
├── .github/workflows/              # ROS 2 CI
├── docker/                         # Ubuntu 22.04 + ROS 2 Humble
├── docs/
│   ├── evidence/                   # 可追溯实测记录
│   └── verification/               # 分阶段验证报告
├── firmware/openrobot_firmware/    # STM32CubeIDE 工程与控制固件
├── ros2_ws/src/
│   ├── openrobot_driver/           # C++ 串口驱动与台架反馈
│   ├── openrobot_bringup/          # 仿真/真机启动入口
│   ├── openrobot_description/      # Xacro 与机器人模型
│   ├── openrobot_gazebo/           # Gazebo Classic 仿真
│   └── openrobot_navigation/       # SLAM 配置
└── scripts/                        # 构建、验收与演示脚本

仓库中只保留项目复现所需的代码、配置、测试、文档和精选演示。

尚未完成

• 轮径、轮距和打滑的落地标定；
• 真实底盘 /odom 与 TF 发布；
• 真机 SLAM/Nav2；
• 带序号、CRC、累计编码器计数和故障码的正式二进制协议；
• 精确通信延迟、丢包率和停车时延仪器测量。

License

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