基于ros_arduino_bridge的智能小车----上位机篇

基于ros_arduino_bridge的智能小车----上位机篇

基于ros_arduino_bridge的智能小车----硬件篇
基于ros_arduino_bridge的智能小车----下位机篇

ros_arduino_bridge文件系统

（文件系统转自https://www.ncnynl.com/archives/201612/1165.html）

├── README.md
├── ros_arduino_bridge                      # metapackage (元包)
│   ├── CMakeLists.txt
│   └── package.xml
├── ros_arduino_firmware                    #固件包，更新到Arduino
│   ├── CMakeLists.txt
│   ├── package.xml
│   └── src
│       └── libraries                       #库目录
│           ├── MegaRobogaiaPololu          #针对Pololu电机控制器，MegaRobogaia编码器的头文件定义
│           │   ├── commands.h              #定义命令头文件
│           │   ├── diff_controller.h       #差分轮PID控制头文件
│           │   ├── MegaRobogaiaPololu.ino  #PID实现文件
│           │   ├── sensors.h               #传感器相关实现，超声波测距，Ping函数
│           │   └── servos.h                #伺服器头文件
│           └── ROSArduinoBridge            #Arduino下位机部分，可以根据自己搭建的下位机进行修改
│               ├── commands.h              #定义命令
│               ├── diff_controller.h       #差分轮PID控制头文件
│               ├── encoder_driver.h        #编码器驱动头文件，定义插脚(pins)
│               ├── encoder_driver.ino      #编码器驱动实现, 读取编码器数据，重置编码器等
│               ├── motor_driver.h          #电机驱动头文件
│               ├── motor_driver.ino        #电机驱动实现，初始化控制器，设置速度
│               ├── ROSArduinoBridge.ino    #核心功能实现，
│               ├── sensors.h               #传感器头文件及实现
│               ├── servos.h                #伺服器头文件，定义插脚，类
│               └── servos.ino              #伺服器实现
├── ros_arduino_msgs                        #消息定义包
│   ├── CMakeLists.txt
│   ├── msg                                 #定义消息
│   │   ├── AnalogFloat.msg                 #定义模拟IO浮点消息
│   │   ├── Analog.msg                      #定义模拟IO数字消息
│   │   ├── ArduinoConstants.msg            #定义常量消息
│   │   ├── Digital.msg                     #定义数字IO消息
│   │   └── SensorState.msg                 #定义传感器状态消息
│   ├── package.xml
│   └── srv                                 #定义服务
│       ├── AnalogRead.srv                  #模拟IO输入
│       ├── AnalogWrite.srv                 #模拟IO输出
│       ├── DigitalRead.srv                 #数字IO输入
│       ├── DigitalSetDirection.srv　　　　  #数字IO设置方向
│       ├── DigitalWrite.srv                #数字IO输入
│       ├── ServoRead.srv                   #伺服电机输入
│       └── ServoWrite.srv                  #伺服电机输出
└── ros_arduino_python                      #ROS相关的Python包，用于上位机，树莓派等开发板或电脑等。
    ├── CMakeLists.txt
    ├── config                              #配置目录
    │   └── arduino_params.yaml             #定义相关参数，我们需要对此修改才能使用。由arduino.launch调用
    ├── launch
    │   └── arduino.launch                  #启动文件
    ├── nodes
    │   └── arduino_node.py                 #python文件,实际处理节点，由arduino.launch调用，即可单独调用。
    ├── package.xml
    ├── setup.py
    └── src                                 #Python类包目录
        └── ros_arduino_python
            ├── arduino_driver.py           #Arduino驱动类
            ├── arduino_sensors.py          #Arduino传感器类
            ├── base_controller.py          #基本控制类，订阅cmd_vel话题，发布odom话题
            └── __init__.py                 #类包默认空文件  

1.下载ros_arduino_bridge

进入你的workspace目录下的src目录

cd ~/catkin_ws/src
git clone https://github.com/hbrobotics/ros_arduino_bridge.git

2.编译

cd ..
catkin_make

实际上，编译完成后并不能直接控制小车，还需要匹配串口，修改设置文件
在ubuntu终端输入

ls /dev/tty*

可以看到你的串口情况，比如我的上位机和下位机就是通过 /dev/ttyUSB0 连接的。

接下来修改配置文件arduino_params.yaml，比如说我的就位于~/catkin_ws3/src/ros_arduino_bridge/ros_arduino_python/config，打开：

# For a direct USB cable connection, the port name is typically
# /dev/ttyACM# where is # is a number such as 0, 1, 2, etc
# For a wireless connection like XBee, the port is typically
# /dev/ttyUSB# where # is a number such as 0, 1, 2, etc.

port: /dev/ttyUSB0            #你要修改的部分，改为arduino板和上位机连接的串口号
baud: 57600
timeout: 0.1

rate: 50
sensorstate_rate: 10

use_base_controller: True     #你要修改的部分 改为True
base_controller_rate: 10

# For a robot that uses base_footprint, change base_frame to base_footprint
base_frame: base_link

# === 这部分是车子的参数，比如轮子直径，减速比，编码器信息等，根据你自己的车子来修改
wheel_diameter: 0.146        #你要修改的部分
wheel_track: 0.2969          #你要修改的部分
encoder_resolution: 8384     #你要修改的部分
gear_reduction: 1.0          #你要修改的部分
motors_reversed: True        #你要修改的部分

# === PID 部分，控制轮速，修改到车子能够根据命令走直线且速度稳定
Kp: 10                       #你要修改的部分
Kd: 12                       #你要修改的部分
Ki: 0                        #你要修改的部分
Ko: 50                       #你要修改的部分
accel_limit: 1.0             #你要修改的部分

# === Sensor definitions.  Examples only - edit for your robot.
#     Sensor type can be one of the follow (case sensitive!):
#	  * Ping
#	  * GP2D12
#	  * Analog
#	  * Digital
#	  * PololuMotorCurrent
#	  * PhidgetsVoltage
#	  * PhidgetsCurrent (20 Amp, DC)



sensors: {
  #motor_current_left:   {pin: 0, type: PololuMotorCurrent, rate: 5},
  #motor_current_right:  {pin: 1, type: PololuMotorCurrent, rate: 5},
  #ir_front_center:      {pin: 2, type: GP2D12, rate: 10},
  #sonar_front_center:   {pin: 5, type: Ping, rate: 10},
  arduino_led:          {pin: 13, type: Digital, rate: 5, direction: output}
}

给配置文件改个名，改成my_arduino_params.yaml

3.下位机

从github下载的代码中包含对应的arduino mega2560下位机程序，严格按照原作者推荐安装下位机的话就可以直接使用，否则就要做对应修改。如何安装修改另开一篇博客（基于ros_arduino_bridge的智能小车----下位机篇）

4.测试

新终端，启动roscore

新终端，增加路径到bash

source ~/catkin_ws/devel/setup.bash

新终端，启动节点

roslaunch ros_arduino_python arduino.launch

新终端，发布Twist消息来控制机器人的运行，如：

rostopic pub /cmd_vel geometry_msgs/Twist -r 1 -- '[2.0, 0.0, 0.0]' '[0.0, 0.0, 1.8]'

（由于担心小车移动无法拍照，这里我输入的速度是0）

运行此命令，机器人会原地打转，用如下命令查看odom的信息，此信息会不断的变化
新终端，查看里程

rostopic echo /odom 

显然很多人不太喜欢小车的行走信息只是一串串数字，那样看起来太不直观了，幸好ros提供这样的工具rqt_plot，可以图形化显示这些信息，新开一个终端，输入：

rosrun rqt_plot rqt_plot

会出现以下一个窗口，把需要显示的里程计topic输入左上角窗口，例如/odom/pose/pose/orientation就会把这些信息以曲线的形式显示出来，当然这里只是一个使用rqt_plot的例子，位置信息显然不适合这样显示出来，但各位可以修改ros_arduino_bridge的base_controller.py这个文件，将小车的速度以一个话题的形式发布出来，这样也方便大家调节PID参数。

至此机器人已经可以按照Twist消息进行控制，但是使用rostopic pub 为cmd_vel话题发送控制信息显然很麻烦。这里我们改为使用键盘来控制小车。

5.使用键盘控制小车

安装键盘控制程序，可以直接安装在小车的workspace里面

cd ~/catkin_ws/src
git clone https://github.com/Forrest-Z/teleop_twist_keyboard.git
catkin_make

启动小车后，再启动键盘控制：

rosrun teleop_twist_keyboard teleop_twist_keyboard.py

接下来就可以直接使用键盘来控制小车了

6.关系图

新终端，执行：

rqt_graph

接下来我们就能看到节点之间是如何通信的：键盘节点通过/cmd_vel这个话题向arduino节点发送控制信息，从而控制小车。（由于我们没有查看odom话题，就没有显示在下面）

topics（all）

node only

使用键盘发布命令就是代替rostopic pub的作用给cmd_vel发布控制信息，这样就方便了不少，当然这本质上仍然是一个简单的项目教程，就类似ros上的小乌龟教学项目，只不过是实物化了。即使如此，一个ros小车作为平台，是可以进行很多后续项目的开发的，可以说是既简单又重要了。