fuel未知环境探索模块

本篇内容：如何运行在仿真中运行FULE位置环境探索算法
本篇内容属于高级飞行，真机运行时具有一定的危险和炸机风险，请注意做好保护措施，

FUEL 是一种专为无人机（UAV）设计的未知环境探索算法，旨在高效构建环境地图并规划探索路径。

安装依赖

git clone -b v2.7.1 https://github.com/stevengj/nlopt.git
cd nlopt
mkdir build
cd build
cmake ..
make
sudo make install

sudo apt-get install libarmadillo-dev

编译FUEL模块

注意：在由于在ego-planner和fuel中包含了一个同名的节点，因此这个两个不能同时编译在环境中会导致运行报错，如果已经编译了ego-planner需要在Sunray/build文件夹下将ego-planner和fuel（如果存在）删除然后重新编译FUEL

catkin_make --source FUEL --build build/FUEL

相关节点与参数说明(sunray_sim_fuel.launch)

exploration_node：负责地图构建、前沿点检测、轨迹规划与优化

• sdf_map：有符号距离场地图
  • resolution：地图分辨率（0.1m），决定地图细节精度
  • obstacles_inflation：障碍物膨胀半径（0.35m），用于避障安全距离
  • box_min/max_x/y/z：有效探索区域边界，限制地图构建范围（如 x 轴 - 10.0~10.0m）
  • p_hit/p_miss：点云命中 / 未命中的概率（0.65/0.35），用于更新地图 occupancy 概率
• map_ros：基于 ROS 的地图相关参数或接口
  • cx/cy/fx/fy：相机内参，用于深度图像与点云的投影转换
  • depth_filter_maxdist/mindist：深度滤波距离阈值（5.0m/0.2m），过滤无效深度数据
• cloud_topic：输入点云话题（默认使用全局点云/uav1/global_points）
• fsm/thresh_replan1/2/3：重规划触发阈值（0.5/0.5/1.5），基于环境变化动态调整路径
• frontier：探索边界 / 前沿
  • cluster_min：前沿点聚类最小点数（100），过滤无效前沿区域
  • min_candidate_dist：候选探索点最小距离（0.75m），避免密集采样
• manager/max_vel/acc：最大速度 / 加速度（1.0m/s/1.0m/s²），限制无人机运动能力
• optimization/ld_smooth：轨迹平滑权重（20.0），平衡轨迹平滑度与路径长度
• astar/resolution_astar：A * 算法搜索分辨率（0.2m），影响路径搜索精度

traj_server：管理轨迹发布与时间参数

• time_forward：轨迹前瞻时间（1.5s），决定提前规划的轨迹长度
• init_x/y/z：无人机初始位置（0, 0, 1.2m），用于轨迹初始化
• perception_utils/max_dist：感知最大距离（4.5m），限制传感器有效范围

waypoint_generator：生成航点目标，对接move_base_simple/goal话题

• waypoint_type：航点类型（point），指定生成点目标而非路径
• odom：订阅里程计话题（/uav1/sunray/gazebo_pose），获取无人机当前位姿

positionCmd2sunray：exploration_node的规划结果以一个自定义的话题输出，需要转换为sunray控制节点中的对应的消息

• cmd_sub_topic：需要订阅的positionCmd话题
• control_pub_topic：转换结果发布的话题
• control_type：控制类型 0：XyzPosYaw 1：XyzVelYaw 2：XyzPosVelYaw
• enable_yaw：是否控制偏航角，true：无人机偏航角会进行转动 false：无人机偏航角固定不动

point_cloud_transform：exploration_node的规划结果以一个自定义的话题输出，需要转换为sunray控制节点中的对应的消息

• input_point_topic：输入的局部点云话题
• output_point_topic：输出的全局点云话题
• odom_topic：用于坐标转换的里程计话题
• frame_id：全局坐标系下的点云数据中填充的 frame_id
• child_frame_id：全局坐标系下的点云数据中填充的 child_frame_id

接口说明

在Sunray的控制模块中通过订阅两个话题实现对无人机状态和任务的控制

• sunray/setup
  消息定义：Sunray/General_Module/sunray_common/sunray_msgs/msg/UAVSetup.msg
  消息说明：该消息用于对控制模块中的模式设置、解锁、上锁、停桨等操作，详细功能请阅读消息定义
  • 例：执行解锁
  复制代码

  rostopic pub /uav1/sunray/setup sunray_msgs/UAVSetup "header:
  seq: 0
  stamp:
     secs: 0
     nsecs: 0
     frame_id: ''
  cmd: 1
  px4_mode: ''
  control_state: ''" -1

  • 例：切换至CMD_CONTROL
  复制代码

  rostopic pub /uav1/sunray/setup sunray_msgs/UAVSetup "header:
  seq: 0
  stamp:
     secs: 0
     nsecs: 0
     frame_id: ''
  cmd: 4
  px4_mode: ''
  control_state: 'CMD_CONTROL'" -1

• sunray/uav_control_cmd
  消息定义：Sunray/General_Module/sunray_common/sunray_msgs/msg/UAVControlCMD.msg
  消息说明：该消息用于对无人机发布控制方式与对应控制项的值，详细功能请阅读消息定义
  • 例：发布位置控制
  复制代码

  rostopic pub /uav1/sunray/uav_control_cmd sunray_msgs/UAVControlCMD "header:
     seq: 0
     stamp: {secs: 0, nsecs: 0}
     frame_id: ''
  cmd: 1
  desired_pos: [1.0, 1.0, 1.0]
  desired_vel: [0.0, 0.0, 0.0]
  desired_acc: [0.0, 0.0, 0.0]
  desired_att: [0.0, 0.0, 0.0]
  desired_thrust: 0.0
  desired_yaw: 0.0
  desired_yaw_rate: 0.0
  latitude: 0.0
  longitude: 0.0
  altitude: 0.0"  -1

运行算法

FUEL算法可能会因为依赖包版本、话题订阅等多种原因报错，rviz和算法同时启动也容易报错退出，因此Sunray的启动方法中将启动rviz和算法的启动分成单独的启动launch
仿真中使用了点云数据与仿真定位作为传感器输入，如果真机运行需要自行修改对应的话题和参数

脚本启动前提：切换到脚本所在的根目录~/Sunray/scripts_sim下进行操作！

## 运行fuel脚本
./fuel_sim.sh