CRAIC — Camera-Robot AI Control System

本仓库为 中国机器人及人工智能大赛（CRAIC）机器人任务挑战赛（小型桌面级） 参赛代码。

ESP32-S3 双核摄像头 + ROS 2 机械臂控制 + 视觉抓取的一体化机器人系统。

赛事信息

中国机器人及人工智能大赛（China Robot and Artificial Intelligence Competition，简称 CRAIC）是由 中国人工智能学会（CAAI）主办的全国性学科竞赛，始于 1999 年，已列入全国普通高等学校学科竞赛排行榜及教育部 A 类竞赛名单。

本仓库参加赛项：机器人任务挑战赛（小型桌面级） — Robot Task Challenge (Small Desktop Level)

项目	信息
大赛名称	中国机器人及人工智能大赛
英文名称	China Robot and Artificial Intelligence Competition (CRAIC)
主办单位	中国人工智能学会 (CAAI)
赛事级别	全国普通高等学校学科竞赛排行榜 / 教育部 A 类
参赛赛项	机器人任务挑战赛（小型桌面级）
官方网站	www.caairobot.com

项目结构

craic/
├── jxbeye/                    # ESP32-S3 固件 (PlatformIO)
│   ├── src/main.cpp           # 双核摄像头推流 + UDP 控制
│   └── platformio.ini         # ESP32-S3-WROOM-1-N16R8 配置
├── ros2/                      # ROS 2 控制系统
│   ├── src/arm_control_msgs/  # 消息和服务定义
│   └── src/udp_teleop/        # 机械臂控制和视觉抓取节点
├── tools/                     # 独立工具脚本
│   ├── udp_control.py         # 命令行机械臂控制（带逆运动学）
│   ├── camera_to_base.py      # 相机坐标到基坐标变换
│   └── camera_capture.py      # MJPEG 流采集
└── docs/                      # 技术文档
    └── arm.md                 # 机械臂运动学推导

硬件

组件	型号
主控	ESP32-S3-WROOM-1-N16R8 (16MB Flash, 8MB PSRAM)
摄像头	OV2640 (XGA 1024×768, JPEG)
机械臂	6-DOF，飞特 SCS/STS 串行舵机

核心功能

1. ESP32-S3 固件 (jxbeye/)

• 双核架构：Core 0 采集，Core 1 推流
• MJPEG 推流：http://<IP> 实时查看
• UDP 控制：端口 8888，非阻塞异步处理
• WiFi 配置：串口发送 WIFI:SSID:PASSWORD 配置

2. ROS 2 机械臂控制 (ros2/)

arm_control 节点：

• 关节空间和笛卡尔空间运动控制
• 完整逆运动学和正运动学
• 服务接口：move_joints, move_pose, get_pose, set_gripper
• 状态发布（10Hz）

vision_grasp 节点：

• 相机坐标到基坐标系自动转换
• 自动抓取：释放 → 移动 → 抓取 → 回收
• 自动释放：移动 → 释放 → 回收

3. 工具脚本 (tools/)

• udp_control.py - 命令行机械臂控制（支持逆运动学）
• camera_to_base.py - 坐标变换工具
• camera_capture.py - 相机帧采集（支持自动扫描）

快速开始

ESP32 固件

cd jxbeye
pio run -t upload
pio device monitor

首次启动创建热点 ESP32-S3-Camera（密码 12345678），访问 http://192.168.4.1。

ROS 2 控制系统

# 环境准备（首次）
conda create -n ros2_humble -c robostack-staging -c conda-forge ros-humble-desktop
conda activate ros2_humble

# 编译
cd ros2
export PYTHON_EXECUTABLE=$CONDA_PREFIX/bin/python
export PYTHON_INCLUDE_DIR=$CONDA_PREFIX/include/python3.12
export PYTHON_LIBRARY=$CONDA_PREFIX/lib/libpython3.12.so

colcon build --packages-select arm_control_msgs \
  --cmake-args \
    -DPython_EXECUTABLE=$PYTHON_EXECUTABLE \
    -DPython_INCLUDE_DIR=$PYTHON_INCLUDE_DIR \
    -DPython_LIBRARY=$PYTHON_LIBRARY

colcon build --packages-select udp_teleop
source install/setup.bash

# 运行机械臂控制
ros2 run udp_teleop arm_control \
    --ros-args --params-file src/udp_teleop/config/arm_control.yaml

# 运行视觉抓取（新终端）
ros2 run udp_teleop vision_grasp \
    --ros-args --params-file src/udp_teleop/config/vision_grasp.yaml

命令行工具

# 机械臂控制（关节空间）
python tools/udp_control.py joints \
    --height -100 --j2 10 --j3 20 --j4 30 --duration 2.0

# 机械臂控制（笛卡尔空间）
python tools/udp_control.py pose \
    --x 200 --y 100 --z -100 --phi 45 --duration 2.0

# 相机采集
python tools/camera_capture.py --ip 192.168.4.1
python tools/camera_capture.py --scan  # 自动扫描

UDP 协议

所有指令通过 UDP 端口 8888 发送：

# 底盘控制（麦克纳姆轮）
XYW:<X>:<Y>:<W>:XZHY\n

# 机械臂控制（6 轴）
JXB:<height>:<J2>:<J3>:<J4>:<J5>:<J6>:0:0:EZHY\n

# 激光控制
LASERON / LASEROFF

使用示例

ROS 服务调用

# 查询位姿
ros2 service call /arm_control/get_pose arm_control_msgs/srv/GetPose

# 移动到目标位置
ros2 service call /arm_control/move_pose arm_control_msgs/srv/MovePose \
    "{x: 200.0, y: 100.0, z: -100.0, phi: 45.0, duration: 2.0}"

# 视觉抓取（发布相机坐标）
ros2 topic pub --once /vision_grasp/grasp_target geometry_msgs/Point \
    "{x: 10.0, y: 5.0, z: 250.0}"

Python 集成

import rclpy
from geometry_msgs.msg import Point

class VisionDetector:
    def __init__(self):
        self.grasp_pub = self.create_publisher(Point, 'vision_grasp/grasp_target', 10)
    
    def on_detection(self, camera_x, camera_y, camera_z):
        msg = Point()
        msg.x = camera_x
        msg.y = camera_y
        msg.z = camera_z
        self.grasp_pub.publish(msg)

文档

• ROS 2 系统：ros2/README.md - 完整的 ROS 节点文档
• 运动学推导：docs/arm.md - 机械臂逆运动学数学推导
• 视觉标定：docs/vision_calibration_horizontal.md - 相机标定指南

坐标系说明

机械臂基坐标系（Z 轴朝上）：

• 原点：J1 线性滑轨底部
• X 轴：基座正前方
• Y 轴：基座左侧
• Z 轴：竖直向上（高度）

相机坐标系（水平安装）：

• X 轴：右侧
• Y 轴：向下
• Z 轴：正前方（光轴）

变换由 camera_to_base.py 和 vision_grasp 节点自动处理。

依赖

环境	依赖
ESP32	PlatformIO, Arduino framework, esp32-camera
ROS 2	ROS 2 Humble (robostack), Python 3.12
工具	NumPy, OpenCV (可选)

许可

MIT License