3. 系统架构

本文描述 Autonomy 的逻辑分层、核心模块关系与运行时数据流。

Autonomy 系统分层架构

上图自上而下分为四层：Cloud Service（仿真 / 数据 / 训练 / Tasks）、Software Application（应用与扩展插件）、Software Core（地图 / 定位 / 感知 / 规划 / 控制 / 仿真 + Autolink + OS）、Hardware Device（硬件接口）。下文 HTML 架构图与文档各章节一一对应。

3.1 设计目标

  1. 分层解耦：感知/定位 → 地图 → 规划 → 控制 → 底盘，各层通过接口与消息通信

  2. 统一入口：system::Autonomy 构造并持有各 Server，对外提供 NavigateToPose 等 API

  3. 配置集中：config/autonomy.lua 聚合各子系统 Lua 配置

  4. 通信抽象：算法模块使用 C++ struct（commsgs），跨进程经 Autolink 序列化

3.2 分层架构

应用层 用户 / Bridge / 测试工具 nav_test、gRPC Client、上层业务
典型入口
Autonomy::NavigateToPose navigate_to_pose action gRPC NAV_CMD
导航意图 / 传感器数据
编排层 system::Autonomy + navigator 任务生命周期 · 行为树 · 直驱规划
持有组件
MapServer PlannerServer ControllerServer tf_buffer
配置
autonomy.lua NavigatorOptions
Action / 服务调用
算法层 Planning / Control / Localization
插件
GlobalPlanner ControllerInterface Atlas VSLAM 
<div class="plan-arch-link">
  <span class="plan-arch-link-arrow">◄</span>
  <span class="plan-arch-link-text">读写<br/>地图</span>
  <span class="plan-arch-link-arrow">►</span>
</div>

<div class="plan-arch-layer plan-arch-map">
  <div class="plan-arch-header">
    <span class="plan-arch-badge">地图层</span>
    <span class="plan-arch-title">map / costmap_2d</span>
  </div>
  <div class="plan-arch-body">
    <div class="nav-body-block">
      <div class="nav-body-label">能力</div>
      <div class="nav-chip-list">
        <span class="nav-chip">OccupancyGrid</span>
        <span class="nav-chip">static/obstacle/inflation</span>
        <span class="nav-chip">grid_map</span>
      </div>
    </div>
  </div>
</div>
传感器 / TF
基础层 autolink · commsgs · transform · sensor
职责
DDS 通信 消息定义 坐标变换 传感器同步

3.3 模块地图

目录

职责

文档

autolink/

通信运行时

03 Communication

autonomy/system/

顶层 Autonomy 进程

04 Running

autonomy/localization/

定位 / VSLAM

06 Localization

autonomy/map/

地图与代价地图

07 Mapping

autonomy/planning/

全局路径规划

08 Planning

autonomy/control/

局部运动控制

09 Control

autonomy/navigator/

行为树导航编排

16 Navigator

autonomy/bridge/

gRPC 等外部桥接

15 Bridge

autonomy/commsgs/

消息类型

14 Commsgs

autonomy/transform/

TF 缓冲与变换

—

autonomy/sensor/

传感器同步

—

autonomy/perception/

感知（扩展）

10 Perception

autonomy/prediction/

预测（扩展）

11 Prediction

3.4 配置管线

config/autonomy.lua
  ├── include map/map.lua
  ├── include planner/planner.lua
  ├── include controller/controller.lua
  ├── include navigator/navigator.lua
  └── include localization/localization.lua
        │
        ▼
system::CreateOptions("config")
        │
        ▼
AutonomyOptions (protobuf)
        │
        ▼
system::Autonomy(options)

3.5 运行时数据流

        flowchart TB
    subgraph Input["输入"]
        S[传感器 Laser/Camera]
        G[导航目标 Goal]
    end

    subgraph Core["Autonomy 核心"]
        SYS[system::Autonomy]
        NAV[navigator BT]
        PLN[PlannerServer]
        CTL[ControllerServer]
        MAP[MapServer / Costmap]
        LOC[Localization / Atlas]
    end

    subgraph Output["输出"]
        VEL[cmd_vel]
        PATH[Path 可视化]
        TF[TF map→odom→base]
    end

    S --> MAP
    S --> LOC
    G --> SYS
    SYS --> NAV
    NAV --> PLN
    NAV --> CTL
    PLN --> MAP
    CTL --> MAP
    LOC --> TF
    PLN --> PATH
    CTL --> VEL

3.6 线程与进程

场景

策略

单进程部署

Autonomy 内所有 Server 同进程，Autolink 进程内通信

地图更新 vs 规划

Costmap mutex，规划时复制快照

Atlas VSLAM

Tracking 主线程 + Mapping / GBA 独立线程

BT tick

单线程 tickOnce 循环（默认 100 Hz）

3.7 相关文档