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室内导航系统 12：一套可以直接立项的参考架构、实施顺序与验收表

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机器人导航SLAMNav2落地方案

前 11 篇把室内导航拆成 ODD、传感器、时间与标定、2D/视觉/3D SLAM、地图表达、定位、Nav2、轮足运动和开源项目。最后需要把它们收成一套可实施方案。

下面给出两种基线：常规轮式室内机器人，以及能够跨越门槛和浅台阶的轮足机器人。

方案 A：轮式室内 AMR / 服务机器人

硬件基线

2D LiDAR：主平面几何与定位
前向 RGB-D/双目：桌面、悬空物、近场三维障碍
IMU：角速度、姿态和短时约束
轮编码器：连续底盘里程计
防撞条/近场距离：独立保护
工控机：x86 或 ARM，16 GB 以上内存起步
独立 MCU/驱动器：底盘控制、watchdog、急停

如果环境包含大量玻璃，增加侧向/后向覆盖和语义标注；如果人流密集，优先改善全向感知，不要只升级 SLAM。

软件基线

ROS 2（选择仍在支持周期内的发行版）
ros2_control / 底盘驱动
robot_localization：轮速 + IMU
slam_toolbox：2D 建图
AMCL 或 slam_toolbox localization：全局定位
Nav2：规划、控制、BT、route、docking
RGB-D/点云 → voxel/costmap layer
Collision Monitor → 底盘
rosbag2 + 指标/事件平台

方案 B：室内轮足机器人

硬件基线

3D LiDAR：几何与 LIO
双目/多目相机：语义、纹理与近场深度
工业 IMU：高频机体状态
关节编码器、轮速、足端/轮端接触
前后近场保护
GPU 边缘计算 + 实时控制计算单元
硬件急停、制动和关节安全限制

软件基线

VIO/LIO + 接触/关节状态融合
全局图定位，发布 map → odom
2D/拓扑全局地图
局部 elevation map + 3D occupancy/ESDF
几何 + 学习型 traversability
Nav2 / route graph 输出走廊与局部目标
locomotion planner 输出机体与接触计划
whole-body controller
独立 safety supervisor

轮足系统必须明确“不支持楼梯”等负能力。没有经过验证的地形在语义层禁行，不能让局部规划器自由尝试。

统一接口

接口责任
map → odom全局定位/SLAM 发布
odom → base_link连续状态估计发布
/odom位姿、速度、协方差与时间
/scan / points / depth原始或校正后的观测
/map版本化全局占据地图
costmap layers动态障碍、3D、禁行与限速
/cmd_vel 或轨迹导航到控制桥
safety statusstop/slow/health/原因
localization health质量、协方差、数据年龄
navigation result结构化失败码与证据

所有接口建立频率、最大数据年龄和 frame 契约。健康状态不能只埋在日志里。

计算预算

以周期而不是平均值分配预算：

底盘/全身控制：100—1000 Hz，硬实时或强实时
状态估计：50—200 Hz
安全监控：20—100 Hz，短链路
局部地图：10—30 Hz
局部规划/控制：10—30 Hz
全局规划：按需或 1—5 Hz
语义/大模型：异步，不阻塞安全与基础控制

记录每个节点 P95/P99 延迟、数据年龄、队列和资源。CPU 总利用率低不代表没有实时抖动。

八周实施顺序

第 1 周：ODD 与数据契约

  • 测量场地、通道、坡度、玻璃、人流；
  • 冻结坐标系、时间、消息和失败码；
  • 建立代表性测试路线。

第 2 周：底盘与安全

  • 手动控制、急停、watchdog；
  • 测量速度、加速度、制动和低速死区；
  • 独立碰撞监控跑通。

第 3 周：时间、标定与里程计

  • 录制标准 bag；
  • 完成内参、外参、轮径/轮距和时间偏置；
  • 验证 odom 连续性。

第 4 周：建图与地图产品

  • 设计采集路线；
  • 建立几何图、语义区和版本 manifest；
  • 用独立轨迹验收地图。

第 5 周：定位

  • 冷启动、被搬动、重复走廊、遮挡；
  • 建立定位健康度和重定位状态机。

第 6 周：规划与控制

  • 单独调 planner 和 controller；
  • 加入真实 footprint、动力学和 costmap；
  • 固化正常路径指标。

第 7 周：恢复、路线与任务

  • 失败码驱动的 BT；
  • 门、电梯、回充、封路与人工接管；
  • 多楼层使用拓扑切换地图。

第 8 周：压力测试与灰度

  • 人流、玻璃、弱光、网络、CPU 压力；
  • 连续 100 次任务；
  • 小区域、小速度上线并复盘。

轮足项目在第 5—7 周之间增加高程图、可通行性、模式切换和落足/全身控制专项，不建议压进同一个八周目标。

量化验收表

定位

  • 代表路线平移误差：按任务要求设阈值；
  • 方向误差；
  • 冷启动 P95 时间；
  • 被搬动恢复率与恢复时间；
  • 错误定位未被系统识别的次数；
  • 地图版本切换成功率。

导航

  • 到点成功率；
  • 位置/角度到点误差；
  • 任务 P50/P95 时间；
  • 无效重规划和振荡次数；
  • 窄门、交叉口、动态封路通过率；
  • 回充/停靠成功率。

安全

  • 碰撞和严重近失事件为零；
  • 最小人距；
  • 最大制动距离；
  • 传感器超时到停车的时间；
  • 安全层触发后错误恢复次数；
  • 急停与人工接管有效率。

系统

  • 节点 P95/P99 延迟；
  • TF 与观测最大数据年龄；
  • CPU/GPU/内存/温度；
  • 连续运行 8/24/72 小时稳定性；
  • 日志能否重放每个失败；
  • 旧稳定版本回滚时间。

轮足专项

  • 门槛、坡道、浅台阶的分级通过率；
  • 打滑与错误接触检测；
  • 机体最小间隙；
  • 落足失败和恢复；
  • 模式切换时间与冲击；
  • 满载与低电量下的性能。

上线后的运营闭环

现场数据按事件管理：

失败/接管/安全触发
  → 自动截取前后窗口
  → 失败分类与优先级
  → 离线重放
  → 修复与回归
  → 仿真/真机灰度
  → 地图、参数或软件版本发布

每周看失败簇，而不是只看总体成功率。某个玻璃门、某类人流、某台机器人持续异常，往往比平均数字更早暴露系统问题。

最终选型结论

常规室内轮式机器人优先采用 LiDAR 几何主链、IMU/轮速连续里程计和深度补盲；视觉优先路线在成本、语义和产品外观有明确收益时使用，但保留独立安全感知。

轮足机器人采用 2D/拓扑全局导航与 3D 局部运动规划双层架构，高程、可通行性、机体碰撞和接触计划缺一不可。

不要以“SLAM 能跑”宣布完成。系统只有在定位不确定时会降级、地图能版本化、失败能重放、安全能独立停车、更新能灰度回滚时，才具备落地条件。

延伸阅读

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