BIRUNI: ROBOT TỰ HÀNH CÓ BÁNH XE ĐA HƯỚNG DỰA TRÊN ROS 2 VỚI KHẢ NĂNG KẾT HỢP NHIỀU CẢM BIẾN, ĐỊNH VỊ VÀ LẬP BẢN ĐỒ THỜI GIAN THỰC TRONG MÔI TRƯỜNG GAZEBO FORTRESS -2025

Tóm tắt

Tài liệu này giới thiệu Biruni, một robot tự hành sử dụng bánh xe đa hướng dựa trên nền tảng ROS 2, được thiết kế và đánh giá trong môi trường mô phỏng Gazebo Fortress độ trung thực cao. Robot tích hợp kiến trúc nhận thức đa cảm biến bao gồm LiDAR 2D, camera RGB, thiết bị đo quán tính (IMU) và encoder gắn trên bánh xe. Bộ lọc Kalman Mở rộng (EKF) thống nhất được triển khai để kết hợp dữ liệu quán tính và dữ liệu đo quãng đường, tạo ra ước tính trạng thái ổn định và giảm thiểu trôi dạt cho điều hướng thời gian thực. Thuật toán định vị và lập bản đồ (SLAM) thời gian thực được sử dụng để tạo bản đồ vị trí 2D nhất quán, trong khi khung Navigation2 (Nav2) cung cấp khả năng lập kế hoạch toàn cục và cục bộ, tránh chướng ngại vật và theo dõi điểm dừng tự động. Toàn bộ hệ thống được cấu trúc xung quanh kiến trúc gói ROS 2 dạng mô-đun với cây TF được xác thực đầy đủ, mô hình robot URDF/Xacro và các khung cảm biến được đồng bộ hóa. Kết quả mô phỏng chứng minh khả năng định vị chính xác, lập bản đồ đáng tin cậy và thực hiện đường đi mượt mà với điều khiển đa hướng sử dụng động học mecanum. Nền tảng Biruni cung cấp một nền tảng có thể tái tạo cho giáo dục, nghiên cứu và triển khai trong tương lai trên phần cứng vật lý.

 

Title

BIRUNI: A ROS 2-BASED AUTONOMOUS MECANUM-WHEELED MOBILE ROBOT WITH MULTI-SENSOR FUSION, REAL-TIME SLAM, AND NAVIGATION IN GAZEBO FORTRESS -2025

Abstract

This document presents Biruni, a ROS 2-based autonomous mecanum-wheeled mobile robot designed and evaluated in a high-fidelity Gazebo Fortress simulation environment. The robot integrates a multi-sensor perception architecture consisting of a 2D LiDAR, an RGB camera, an Inertial Measurement Unit (IMU), and wheel encoders. A unified Extended Kalman Filter (EKF) is implemented to fuse inertial and odometry data, generating a stable and drift-minimized state estimate for real-time navigation. Cartographer SLAM is used to produce consistent 2D occupancy maps, while the Navigation2 (Nav2) framework provides global and local planning, obstacle avoidance, and autonomous waypoint following. The complete system is structured around a modular ROS 2 package architecture with a fully validated TF tree, URDF/Xacro robot model, and synchronized sensor frames. Simulation results demonstrate accurate localization, reliable mapping, and smooth path execution with omnidirectional control using mecanum kinematics. The Biruni platform offers a reproducible foundation for education, research, and future deployment on physical hardware.