forked from hq/ros2_office_vlm
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* 语义推理与导航
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智能语义推理框架包含两个核心模块：
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语义目标标注：利用 VLM识别物体
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语义导航：机器人借助已保存的物体记忆，通过语义路标完成导航。
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语义标注模块将 Faster R-CNN 与 CLIP 结合，实现零样本目标检测。
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给定一个物体列表（例如：["Refrigerator", "water dispenser", "sofa", "white toilet", "office chair with wheels"]），由 Faster R-CNN 从 RGB 图像帧中生成候选区域。
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随后，使用 CLIP 将每个候选区域进行特征编码，并与文本标签做余弦相似度对比，为区域分配最可能的类别标签。
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点击 RViz2 中Nav2 Goal，在地图上选择目标位置，调整箭头设置机器人到达后的朝向，确认后机器人将自主导航，在探索过程中，系统会结合 RGB-D 数据 记录物体的中心坐标，并将置信度分数与位置信息存入 JSON 文件。
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只有当检测到更高置信度的结果时，才会更新原有记录。
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## 1. 环境要求
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- Ubuntu 22.04
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- ROS2 Humble
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- Gazebo Sim Harmonic
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### 编译
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```bash
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# pip install -r requirements.txt
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cd /workspace
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colcon build --symlink-install
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```
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### 注意事项
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之后每打开一个新终端，都建议先执行：
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```bash
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source /opt/ros/humble/setup.bash
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source /workspace/install/setup.bash
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export NAV2_MAP_PATH=/workspace/src/turtlebot3_simulations/turtlebot3_gazebo/map/office_map.yaml
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```
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## 2. 启动仿真(后面每一个步骤都在新终端执行)
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```bash
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./gzsim_run.sh
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```
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## 3. 启动 AMCL节点（负责 “map_server + amcl”）
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```bash
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ros2 launch nav2_rrtstar_planner bringup_localization_with_initial_pose.launch.py \
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use_sim_time:=true \
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map:=$NAV2_MAP_PATH \
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params_file:=/workspace/src/TurtleBot-RRT-Star/nav2_params.yaml
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```
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## 4. 启动 Nav2导航栈（负责 “RRT* 规划器 + controller + bt_navigator）
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```bash
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ros2 launch nav2_bringup navigation_launch.py \
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use_sim_time:=True \
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params_file:=/workspace/src/TurtleBot-RRT-Star/nav2_params.yaml
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```
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## 5. 打开rviz
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```bash
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export __NV_PRIME_RENDER_OFFLOAD=1
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export __GLX_VENDOR_LIBRARY_NAME=nvidia
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ros2 run rviz2 rviz2 -d /opt/ros/humble/share/nav2_bringup/rviz/nav2_default_view.rviz --ros-args -p use_sim_time:=true
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```
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新开终端，执行环境生效后启动vlm_perception_pkg的语义检测节点，开始目标语义标注并构建语义记忆库，在机器人导航过程中，节点实时检测环境中的目标并生成语义标注结果，保存JSON 格式的语义记忆库到指定路径。
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## 6. 启动目标检测节点
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```bash
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ros2 run vlm_perception_pkg vlm_detection --ros-args -p use_sim_time:=true
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# 默认：启动时加载历史 JSON（同一个语义记忆库文件）可选：启动时重置语义记忆库，避免历史最高分长期不更新
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# ros2 run vlm_perception_pkg vlm_detection --ros-args -p use_sim_time:=true -p reset_records_on_startup:=true
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```
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### 导航建议
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- TurtleBot3 机身较矮，相机视角较低，高目标物体适合较远距离观测。
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- 建议在机器人低速或短暂停止时运行检测，以提高 RGB-D 与 TF 的稳定性。
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- 建议目标距离相机约 1~3 米，可以多角度对目标进行观察。
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- 本项目保存的是“最高分对应的目标坐标”，适合用于导航到目标附近，不保证是物体几何中心。
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检测完成后可查看目标标注结果（in /workspace/src/vlm_nav_pkg/config，带时间戳），加载生成的语义记忆库文件，通过 CLIP 将语义标签编码为shared embedding space，当用户输入自然语言查询时，系统匹配最接近的已知目标，提取其坐标并发送至 Nav2，实现基于自然语言的语义导航。
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## 7. 启动目标检测节点
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```bash
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# 关闭检测节点后
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# pip3 install "numpy<2"
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ros2 run vlm_nav_pkg semantic_nav
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```
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节点启动后，在终端输入自然语言语义目标（如 “water dispenser”“sofa”），系统将自动完成：语义查询与shared embedding space匹配，提取目标对应的地图坐标并向 Nav2 发送导航目标位姿，然后机器人自主规划路径并导航至语义目标位置，RViz2 中实时可视化规划路径与导航过程。当前导航会默认在目标周围生成多个候选接近点，并优先选择距离当前机器人最近的可行点，避免直接撞向物体中心点。候选点会先经过 `/map` 自由空间筛选，再逐个试算全局路径，只在“有路径”的候选点里选最优目标。
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