《鴻蒙機(jī)器人編程》9-ROS外接設(shè)備-教案

ROS外接設(shè)備介紹輸入設(shè)備搖桿、鍵盤(pán)和鼠標(biāo)是最常見(jiàn)的計(jì)算機(jī)外部設(shè)備，相信大家都非常熟悉。在這一節(jié)我們首先介紹一下如何在ROS中使用這類設(shè)備，并結(jié)合小海龜?shù)葘?shí)例進(jìn)行操作學(xué)習(xí)搖桿就是有一組按鈕和電位器的裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)或控制多種運(yùn)動(dòng)模式。在ROS系統(tǒng)中，使用搖桿能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人的遠(yuǎn)程控制。ROS支持大部分通用性搖桿作為輸入設(shè)備。功能包的安裝配置我們需要安裝一些功能包并進(jìn)行配置$sudoaptinstallros-noetic-joystick-drivers$rosstackprofile&rospackprofile搖桿測(cè)試插入之后，我們要檢測(cè)搖桿能否被識(shí)別：$ls/dev/input/使用jstest命令檢測(cè)搖桿工作情況(視情況js0、js1等)：$sudojstest/dev/input/js1這里，搖動(dòng)搖桿或點(diǎn)擊按鈕就會(huì)有相應(yīng)的輸出。如果一切正常就可以在ROS系統(tǒng)中使用它。搖桿使用首先，啟動(dòng)joy_node：$rosrunjoyjoy_node查看節(jié)點(diǎn)發(fā)布的消息：$rostopicecho/joy這里，有軸向信息，也有按鈕信息。查看消息類型：$rostopictype/joy查看消息中使用的字段：$rosmsgshowsensor_msgs/Joy搖桿示例運(yùn)行以下命令就可以實(shí)現(xiàn)用搖桿控制，小海龜運(yùn)動(dòng)。也可以通過(guò)類似的步驟控制Gazebo中的一些模擬機(jī)器人以及真實(shí)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。我們需要修改發(fā)布關(guān)聯(lián)話題的名稱，將被控對(duì)象訂閱的話題改為/cmd_vel。$rosrunteleop_twist_joyteleop_node以下是運(yùn)行界面：鍵盤(pán)和鼠標(biāo)如果沒(méi)有搖桿，使用鍵盤(pán)或鼠標(biāo)也能進(jìn)行機(jī)器人的簡(jiǎn)單遙控。這里簡(jiǎn)單介紹一下使用teleop_twist_keyboard和mouse_teleop遙控功能包。也需要修改發(fā)布關(guān)聯(lián)主題的名稱等，和上面示例類似，*_keyboard.py(/cmd_vel)、mouse_teleop.py(/mouse_vel)。使用的命令如下：$rosrunturtlesimturtlesim_node$rosrunteleop_twist_keyboardteleop_twist_keyboard.py$rosrunmouse_teleopmouse_teleop.pyROS的輸入設(shè)備除了典型的三種之外，還可以用手機(jī)等與機(jī)器人進(jìn)行交互，大家有空可以進(jìn)一步探索，發(fā)現(xiàn)最適合的方式去控制機(jī)器人。感知設(shè)備對(duì)周圍環(huán)境感知是機(jī)器人的一項(xiàng)重要能力。激光雷達(dá)(lidar)是環(huán)境感知的一種重要傳感器，能測(cè)量出障礙物的距離信息。這些信息非常重要，可用來(lái)構(gòu)建地圖、避障、導(dǎo)航等。本節(jié)以杉川激光雷達(dá)為例。激光雷達(dá)配置首先，需要下載spark代碼并安裝依賴（帶小主機(jī)的spark版本已集成，可忽略此步驟）：$gitclone/NXROBO/spark_noetic.git一旦驅(qū)動(dòng)安裝完畢，就可以檢測(cè)安裝是否正確，系統(tǒng)能否檢測(cè)并使用它。$ll/dev/|grep3ilidar這里，需要注意，如果沒(méi)有安裝相關(guān)依賴，啟動(dòng)激光節(jié)點(diǎn)有可能遇到問(wèn)題，例如串口權(quán)限等。啟動(dòng)激光雷達(dá)一切正常工作后，就可以使用激光雷達(dá)獲取信息了，使用下面命令啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)：$roslaunchiiiroboticslidar23iroboticslidar2.launch激光雷達(dá)使用使用rostopic查看主題是否發(fā)布數(shù)據(jù)：$rostopiclist其中/scan，是正在發(fā)布消息的主題，查看節(jié)點(diǎn)類型：$rostopictype/scan使用以下命令查看數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：$rosmsgshowsensor_msgs/LaserScan如果想查看激光雷達(dá)發(fā)布的消息，可以使用如下命令：$rostopicecho/scan此時(shí)單純顯示數(shù)字不形象，難以理解，可以使用rviz在圖形化接口下顯示數(shù)據(jù)：$rviz下面為運(yùn)行界面：視覺(jué)傳感器在ROS系統(tǒng)中，視覺(jué)傳感器主要包括RGB攝像頭與RGBD深度傳感器這兩類設(shè)備。USB攝像頭最為普遍，如筆記內(nèi)置攝像頭等，在ROS使用這類設(shè)備非常輕松。首先，安裝相應(yīng)功能包：$sudoaptinstallros-noetic-usb-cam這里，在使用前需要注意，攝像頭的pixel_format，有些設(shè)備是yuyv格式的，需要修改，否則會(huì)出錯(cuò)并無(wú)法看到圖像。$rosrunusb_camusb_cam_node也可以使用以下命令測(cè)試USB攝像頭是否在ROS中正常工作：$roslaunchusb_camusb_cam-test.launch使用rostopiclist來(lái)查看主題列表，也可以使用rqt_image_view或在rviz中查看：$rosrunrqt_image_viewrqt_image_view下面為運(yùn)行界面：另一種攝像頭是RGBD攝像頭。這種攝像頭多了一種深度的信息。以?shī)W比中光3D深度攝像頭為例，它包括一個(gè)彩色的VGA視頻攝像頭、深度傳感器以及麥克風(fēng)數(shù)組。我們的spark已安裝該款攝像頭的驅(qū)動(dòng)及依賴，安裝完成后，僅需插好該攝像頭USB界面，運(yùn)行節(jié)點(diǎn)并使用它：$roslaunchastra_launchastra.launch同樣的，我們可以用rostopiclist查看主題列表，找到攝像頭相關(guān)的話題，類似/camera/rgb/image_raw，/camera/depth/image。也可以用rostopicecho命令、image_view、rviz等工具查看攝像頭獲取到的數(shù)據(jù)。還可用rqt_image_view功能包查看視頻圖像：$rosrunrqt_image_viewrqt_image_view3D深度攝像頭還可產(chǎn)生點(diǎn)云數(shù)據(jù)，如果你需要查看點(diǎn)云數(shù)據(jù)，可以在rviz中，點(diǎn)擊Add按鈕，添加PointCloud2。傳感器IMUIMU，也就是慣性測(cè)量模塊，是測(cè)量物體速度姿態(tài)等信息的電子設(shè)備，主要由三軸陀螺和三軸加速度計(jì)，甚至還包括磁力計(jì)等組成。這兒以xsens為例做簡(jiǎn)單介紹。想要使用，首先驅(qū)動(dòng)安裝：$sudoapt-getinstallros-noetic-xsens-driver$rosstackprofile&&rospackprofile啟動(dòng)設(shè)備：$roslaunchxsens_driverxsens_driver.launch然后就可以查看傳感器數(shù)據(jù)了，使用以下命令：$rostopicecho/imu/data當(dāng)然，也可以在rviz中顯示可視化的姿態(tài)數(shù)據(jù)。傳感器GPS全球定位系統(tǒng)GPS可以獲取地球上幾乎所有地區(qū)的位置和時(shí)間信息。在ROS中使用GPS，需要安裝NMEAGPS驅(qū)動(dòng)：$sudoaptinstallros-noetic-nmea-*$rosstackprofile&&rospackprofile啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)，_port是端口號(hào)，_baud是串口傳輸速率：$rosrunnmea_navsat_drivernmea_serial_driver_port:=/dev/rfcomm0_baud:=115200使用rostopiclist可以看到/fix的主題，如下圖所示。查看主題消息內(nèi)容可以使用rostopicecho/fix：$rostopicecho/fix也可以使用以下命令查看原始NMEA數(shù)據(jù)：$rosrunnmea_navsat_drivernmea_topic_serial_reader_port:=/dev/rfcomm0_baud:=115200$rostopicecho/nmea_sentence驅(qū)動(dòng)設(shè)備在機(jī)器人中舵機(jī)使用非常廣泛，可以直接搭建關(guān)節(jié)機(jī)器人，這里簡(jiǎn)單介紹一下Dynamixel伺服電機(jī)的使用。首先，是驅(qū)動(dòng)安裝：$sudoaptinstallros-noetic-dynamixel-*$rosstackprofile&&rospackprofile安裝完成后，將設(shè)備接到計(jì)算機(jī)，并運(yùn)行以下命令：$roslaunchdynamixel_tutorialscontroller_manager.launch接著運(yùn)行：$roslaunchdynamixel_tutorialscontroller_spawner.launch使用/tilt_controller/command通過(guò)rostopicpub發(fā)布消息驅(qū)動(dòng)電機(jī)：$rostopicpub/tilt_controller/commandstd_msgs/Float64--0.5注意，這里0.5是弧度，約為28.65度。使用底層嵌入式控制器，可以極大擴(kuò)展ROS外接的傳感器和執(zhí)行器的種類和數(shù)量，如Arduino、STM32等。ROS主要通過(guò)rosserial功能包使用這類設(shè)備。通常用串口建立底層嵌入式設(shè)備和計(jì)算器的數(shù)據(jù)交互，rosserial支持很多使用串口連接的設(shè)備，這里我們以Arduino為例。首先，輸入以下命令，安裝功能包：$sudoaptinstallros-noetic-rosserial-arduino$sudoaptinstallros-noetic-rosserial如果你已經(jīng)安裝了ArduinoIDE，忽略這一步，否則運(yùn)行以下命令：$sudoaptupdate&&sudoaptinstallarduinoarduino-core這些都安裝完畢后，需要運(yùn)行以下命令：$cd~/sketchbook/libraries$rm-rfros_lib$rosrunrosserial_arduinomake_libraries.py.Arduino示例使用1：輸出“helloworld”在ros_lib中提供了豐富的示例代碼，例如選擇helloworld，并下載，這些示例代碼都在include中包含了ros.h頭文件。代碼主要包括兩個(gè)函數(shù)：setup()和loop()，分別用于初始化和連續(xù)運(yùn)行。在此，發(fā)送消息主題名稱為chatter。Arduino示例使用2：控制LED燈的狀態(tài)在啟動(dòng)roscore后，在新終端運(yùn)行下輸入命令：$rosrunrosserial_pythonserial_no