陆地、海上或空中机器人：如何选择带有 GPS 的项目平台

如果你正在建造一辆自动驾驶汽车（无论是地面 Rover无论是开发机器人、无人机还是海洋机器人，选择合适的平台都是加快项目进度的关键。本指南将帮助您比较并决定三个流行的平台：Arduino、ArduPilot 和 ROS 3。

为基于 GPS 的机器人选择合适的平台不仅仅是 budget 和技术 specifications我们认为还需要考虑其他因素，例如上市时间和可扩展性。

基于 Arduino 的系统成本最低且广泛可用。
ArduPilot 兼容硬件（例如， PixhawkCubePilot）在硬件成本方面提供了稳固的中间地带，特别是对于内置 GPS 的航空和海上飞行器而言， IMU以及指南针支持。
ROS 2 项目通常需要更强大的机载计算（例如 Jetson Xavier、Intel NUC）和额外的传感器（LIDAR、摄像头），这会增加初始投资，但可以实现更高的自主性和灵活性。

如果您选择编程，那么 Arduino 是最简单的切入点。
ArduPilot 无需编程，为您提供可配置的自动驾驶仪，其中包括 QGroundControl 或 Mission Planner. 需要对控制系统进行一些调整和理解。
ROS 2 最适合具有 Linux、ROS 中间件、传感器集成和算法开发（例如传感器融合、SLAM、AI）经验的用户。它能够最大程度地实现自主性和灵活性。

尤其对于公司来说，时间就是金钱。

如果您愿意编程，Arduino 可以让您在相对较短的时间内开发出一个机器人，并且网上有很多示例。如果您想添加额外的传感器，挑战就来了。项目进行到很远的时候，您会意识到：您已经没有足够的内存来容纳所有想要添加的东西了。
Ardupilot 具有无需编程、仅需设置参数的环境，可帮助您以最快的方式将想法变为现实。
ROS2 是最强大、最灵活的平台，但也有一定的代价：可能需要一些时间才能达到你想要的效果。

地面车辆（UGV）：
根据项目的复杂性，可以使用所有三个平台。
- Arduino 非常适合简单的轮式机器人（例如，用于教育或农业监测应用的差速驱动平台），其中机器人遵循 GPS 航点或日志
  无需高级自主权。
- ArduPilot 为差速驱动、阿克曼转向提供强大的支持，并与任务规划工具完美集成。
- ROS 2 非常适合复杂行为，例如动态环境中的自主导航、路径规划或传感器融合
  激光雷达和视觉。
无人机（UAV）：
ArduPilot 凭借其成熟的飞行控制固件、内置 GPS 和 IMU 集成和安全机制（例如故障保护、地理围栏）。ROS 2 用于协调飞行、计算机视觉或机载 AI 处理等高级应用。
海上航行器（USV）：
ArduPilot 支持具有风力补偿和航点跟踪功能的地面车辆模式。ROS 2 可以帮助机器人执行高级任务，例如遵循巡逻计划和自动避开障碍物。Arduino 还可用于基本的浮标跟踪机器人或浮动平台，这些机器人需要记录 GPS 数据并使用简单的执行器沿预定路径移动。

让我们对这三个平台进行更严格的技术比较。

专栏	Arduino的	领航员	ROS2
使用方便	需要编程但适合初学者	无需编程，提供丰富的教程	高级，需要 Linux 专业知识
GPS整合	示例代码可在线获取	全面支持 GPS 和 RTK	通过驱动器/传感器融合支持 GPS
传感器融合支持	有限的手动实施	内置扩展卡尔曼滤波器（EKF）	高级选项但需要编程（例如，NavSat、robot_localization）
自治支持	无控制站，需要手动编程	GUI 任务规划、自主模式	完全可定制的自主性，但需要编程
可扩展性	低	Medium	高
实时能力	有限	实时自动驾驶	通过 DDS（数据分发服务）支持实时，需要调整
社区	大型，以业余爱好者为中心	大型、无人机/车辆专用	不断发展，尤其是在机器人/工业领域

但实际上有多复杂呢？让我们尝试总结一下集成每个平台所需的大致步骤。想象一下，如果你能做到的话。

的Arduino：
通过堆叠或连接 UART 端口将 GPS 模块连接到 Arduino 开发板。在代码中添加 TinyGPS-Plus 库。在 loop() 中，读取传入数据，解析 NMEA 语句，并调用 gps.location.lat() / gps.location.lng()。将坐标打印到串口监视器或连接的 LCD 显示器上。开始根据 GPS 位置编写驾驶逻辑。
阿杜飞行员：
将 GPS 模块插入 Pixhawk 使用 JST 线缆连接 Cube 或 GPS 接口。根据你的车辆类型烧录 ArduPilot 固件。花些时间调整自动驾驶仪参数。启动 Mission Planner 或 QGroundControl：固件自动解码 NMEA，将其发送到您的地面控制站，并且 GUI 在地图上显示实时纬度/经度，无需额外编程，并且可以保存日志以供日后审查。
ROS 2：
附上 ArduSimple 将接收器连接到您的 PC 或单板计算机，并启动一个驱动节点（例如 gpsd_client）。该节点在 /fix 主题上发布 sensor_msgs/NavSatFix 消息。任何 ROS 2 节点都可以订阅 /fix 主题，以执行诸如记录原始数据或提供定位算法等任务。在终端中，您可以使用 ros2 topic echo /fix 观察发布的数据，并使用 ros2 bag record /fix 记录数据以供回放或离线分析。

每个项目都有不同的 GPS 需求，具体取决于应用、环境和所需的自主性水平。以下列出了典型的 GPS 用例，以及每种用例最合适的平台。

项目类型	推荐平台	为什么？
简单的 GPS 记录器，导航演示	Arduino的	易于设置、经济高效，非常适合基本 GPS 和原型设计。
自主无人机，海上车辆（航点）	领航员	集成GPS+ IMU + 指南针、任务规划工具、RTK 和航向支持。
多传感器研究，商业机器人	ROS 2	先进的传感器融合（GPS、 IMU、激光雷达（LIDAR）等，实现了高度的自主性和定制化。
利用 RTK 进行精准农业	Ardupilot + ROS 2	ArduPilot 足以实现精确的路径控制，可以添加 ROS 2 来实现 AI 或高级传感器融合
群体或多机器人 GPS 导航	ROS 2	支持分布式系统、机器人间通信、共享地图和协调。
浮动浮标， GPS跟踪传感器节点	Arduino的	Arduino 简单

如果可以结合使用，快速获得成功，为什么只选择其中一种呢？以下方法或许是个好主意：

Ardupilot 是一款飞行控制器，用于自主飞行和任务规划。
一台搭载 ROS 2 的配套计算机（可在 Raspberry Pi 或 Jetson 上运行），用于处理视觉处理、地图绘制或自主决策。开发完成后，这台计算机可以接管 Ardupilot 的角色。
Arduino 用于添加 Ardupilot 或 SBC 中未包含的功能，例如控制 LED 信号或读取额外的传感器。