機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）課件7.1遙控小海龜

機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）遙控小海龜運(yùn)動7.1機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）7.1遙控小海龜運(yùn)動

我們在剛開始學(xué)習(xí)ROS的時候，接觸到的第一個功能包是turtlesim，該功能包可以通過鍵盤控制小海龜在界面中移動。這個功能包的核心是turtlesim_node節(jié)點(diǎn)，提供一個可視化的海龜仿真器。本章中我們將學(xué)習(xí)在ROS中如何使用遙控器來控制小海龜運(yùn)動，實驗分別以紅外遙控器和游戲手柄為例來實現(xiàn)小海龜?shù)倪\(yùn)動控制。

紅外遙控器

游戲手柄

仿真小海龜機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）7.1.1紅外遙控器控制小海龜運(yùn)動硬件基礎(chǔ)

實驗用到的硬件包括：紅外遙控器、紅外解碼模塊、USB轉(zhuǎn)TTL模塊。紅外解碼模塊可將紅外遙控器發(fā)射的紅外編碼信號解碼成相應(yīng)的16進(jìn)制數(shù)并通過串口進(jìn)行輸出。USB轉(zhuǎn)TTL模塊與紅外解碼模塊通過杜邦線進(jìn)行連接，通過USB端口連接至上位機(jī)。

紅外遙控器紅外解碼器USB轉(zhuǎn)TTL模塊紅外遙控器按鍵對應(yīng)的16進(jìn)制編碼紅外遙控器按鍵對應(yīng)的16進(jìn)制編碼，其中用戶碼為“00FF”，串口輸出數(shù)據(jù)為“用戶碼+鍵位碼”，例如我們按下“OK”鍵，串口則輸出“00FF1C”。機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）軟件基礎(chǔ)在終端中輸入以下命令安裝ROS串口功能包：$catkin_create_pkgteleoperationstd_msgsrospyroscpp輸入以下命令檢測serial包是否安裝好：$rospackfindserial若終端顯示serial的路徑(/opt/ros/melodic/share/serial)，則說明安裝成功。7.1.1紅外遙控器控制小海龜運(yùn)動機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）在~/catkin_ws/src下輸入以下命令創(chuàng)建一個名為serialport的功能包：$catkin_create_pkgserialportroscpprospystd_msgsserial在serialport/src文件夾下創(chuàng)建名為infrared_remote.cpp的文件，并填入以下代碼：#include<ros/ros.h>#include<serial/serial.h>//ROS已經(jīng)內(nèi)置了的串口包#include<geometry_msgs/Twist.h>serial::Serialser;//聲明串口對象

uint8_tbuffer[3];//定義串口數(shù)據(jù)存放數(shù)組

uint8_ta;intmain(intargc,char**argv){ros::init(argc,argv,"serial_remote_node");//初始化節(jié)點(diǎn)ros::NodeHandlenh;//聲明節(jié)點(diǎn)句柄 ros::Publisherread_pub=nh.advertise<geometry_msgs::Twist>("/turtle1/cmd_vel",1);//發(fā)布話題……7.1.1紅外遙控器控制小海龜運(yùn)動軟件基礎(chǔ)機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）代碼解釋ros/ros.h包含大部分ROS中通用的頭文件，serial/serial.h即ROS中已經(jīng)內(nèi)置了的串口包，通過它可以與串口設(shè)備進(jìn)行通訊，另外節(jié)點(diǎn)會發(fā)布geometry_msgs/Twist類型的消息，所以需要加入包含該類型的頭文件Twist.h，這個頭文件根據(jù)Twist.msg的消息結(jié)構(gòu)定義自動生成。1.頭文件部分#include<ros/ros.h>#include<serial/serial.h>#include<geometry_msgs/Twist.h>7.1.1紅外遙控器控制小海龜運(yùn)動機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）代碼解釋在main函數(shù)中，通過init函數(shù)初始化ros節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)名稱為serial_remote_node，該名稱在運(yùn)行的ROS中是唯一的，不允許同時存在名稱相同的兩個節(jié)點(diǎn)。通過ros::NodeHandlenh聲明節(jié)點(diǎn)句柄，最后創(chuàng)建一個名為read_pub的發(fā)布者，發(fā)布者向話題/turtle1/cmd_vel中發(fā)布Twist類型的消息，其中緩存區(qū)大小為1。2.主函數(shù)部分intmain(intargc,char**argv){ros::init(argc,argv,"serial_remote_node");ros::NodeHandlenh;

ros::Publisherread_pub=nh.advertise<geometry_msgs::Twist>("/turtle1/cmd_vel",1);......}7.1.1紅外遙控器控制小海龜運(yùn)動機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）代碼解釋進(jìn)入trycatch語句，設(shè)置串口設(shè)備號為/dev/ttyUSB0，串口波特率為9600b/s，串口超時時間為1000ms，設(shè)置完成后打開串口。當(dāng)串口打開錯誤時，在終端報錯："Unabletoopenport"并返回-1。若串口成功打開，則在終端輸出："SerialPortinitialized"。2.主函數(shù)部分try{ser.setPort("/dev/ttyUSB0");ser.setBaudrate(9600);serial::Timeoutto=serial::Timeout::simpleTimeout(1000);ser.setTimeout(to);ser.open();}catch(serial::IOException&e){ROS_ERROR_STREAM("Unabletoopenport");return-1;}7.1.1紅外遙控器控制小海龜運(yùn)動機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）代碼解釋ros::Rateloop_rate(50);geometry_msgs::Twistvel;指定程序循環(huán)的頻率為50hz，并創(chuàng)建一個geometry_msgs::Twist類型的變量vel，用于存儲需要發(fā)布的線速度和角速度數(shù)據(jù)。while(ros::ok()){if(ser.available()){ ...... } ros::spinOnce loop_rate.sleep();}進(jìn)入while循環(huán)，通過ser.available()函數(shù)接收串口緩沖區(qū)中當(dāng)前剩余的字符個數(shù)，判斷串口的緩沖區(qū)有無數(shù)據(jù)。當(dāng)ser.available()>0時，說明串口接收到了數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，否則等待串口數(shù)據(jù)接收。7.1.1紅外遙控器控制小海龜運(yùn)動2.主函數(shù)部分機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）編譯功能包在CMakeLists.txt文件中添加：add_executable(infrared_remotesrc/infrared_remote.cpp)

add_dependencies(infrared_remote${${PROJECT_NAME}_EXPORTED_TARGETS}

${catkin_EXPORTED_TARGETS})

target_link_libraries(infrared_remote${catkin_LIBRARIES})修改完成之后，在工作空間中進(jìn)行編譯：$cd~/catkin_ws

$catkin_make7.1.1紅外遙控器控制小海龜運(yùn)動機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）開啟終端輸入以下命令啟動小海龜節(jié)點(diǎn)，在啟動前不要忘記啟動roscore命令：$roscore$rosrunturtlesimturtlesim_node插入紅外接收探頭，另啟終端輸入以下命令開啟紅外遙控節(jié)點(diǎn)：$source

~/catkin_ws/devel/setup.bash$rosrunserialportinfrared_remote按動紅外遙控器上的按鍵，將出現(xiàn)信息輸出日志：信息輸出日志結(jié)果7.1.1紅外遙控器控制小海龜運(yùn)動機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）7.1.1紅外遙控器控制小海龜運(yùn)動可通過如下命令查看遙控器發(fā)送的/turtle1/cmd_vel話題消息：$rostopicecho/turtle1/cmd_vel話題/turtle1/cmd_vel內(nèi)容機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）7.1.1紅外遙控器控制小海龜運(yùn)動遙控小海龜運(yùn)動情況此時我們就可以通過紅外遙控器控制小海龜?shù)倪\(yùn)動，小海龜運(yùn)動情況如圖所示。讀者可以根據(jù)自己的需要定義遙控器上其他按鍵的功能，編寫屬于自己的控制命令。本實驗遙控器的按鍵信息對應(yīng)如下：上下左右鍵分別對應(yīng)前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)，OK鍵對應(yīng)停止。機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）7.1.2游戲手柄控制小海龜運(yùn)動硬件基礎(chǔ)

除了上一節(jié)中討論的紅外遙控器控制小海龜運(yùn)動，我們還可以通過游戲手柄更加真實而有趣的控制屏幕里的小海龜。微軟XBOX360手柄機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）軟件基礎(chǔ)在終端中輸入以下命令安裝手柄驅(qū)動功能包：$sudoapt-getinstallros-melodic-joystick-drivers輸入以下命令檢測serial包是否安裝好：$rospackfindserial安裝完成后將手柄連接到電腦，運(yùn)行如下命令，查看游戲手柄是否被識別，js0即為手柄端口，查看端口號結(jié)果如圖。$ls/dev/input查看端口號7.1.2游戲手柄控制小海龜運(yùn)動機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）使用如下命令檢查它是否工作，其中jstest是虛擬搖桿工具：$sudojstest/dev/input/js0得到以下輸出，說明游戲手柄正常工作，微軟X-BOX360手柄有8個軸向輸入和11個按鈕，操作手柄上的搖桿或按鈕將會發(fā)生相應(yīng)數(shù)值變化，如圖所示：軟件基礎(chǔ)查看手柄數(shù)據(jù)7.1.2游戲手柄控制小海龜運(yùn)動機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）軟件基礎(chǔ)當(dāng)確定好游戲手柄能夠正常工作以后，使用joy和joy_node功能包測試它的功能。輸入如下命令并得到以下輸出，說明所有配置都是正確的，節(jié)點(diǎn)運(yùn)行結(jié)果如圖所示：$roscore$rosrunjoyjoy_node我們可以通過如下命令查看joy話題發(fā)布的消息，話題/joy內(nèi)容如圖所示：$rostopicecho/joy話題/joy內(nèi)容查看手柄數(shù)據(jù)7.1.2游戲手柄控制小海龜運(yùn)動機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）

通過以下命令查看Joy類型的消息，Joy類型消息如圖所示：$rostopictype/joy$rosmsgshowsensor_msgs/Joy軟件基礎(chǔ)查看話題類型7.1.2游戲手柄控制小海龜運(yùn)動機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）通過如下命令啟動仿真小海龜，運(yùn)行小海龜節(jié)點(diǎn)如圖所示，小海龜界面如圖所示：$rosrunturtlesimturtlesim_node軟件基礎(chǔ)運(yùn)行節(jié)點(diǎn)結(jié)果圖小海龜界面7.1.2游戲手柄控制小海龜運(yùn)動機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）通過rostopiclist命令查看所有話題，其中/turtle1/cmd_vel是控制小海龜移動的話題，我們可以通過rostopictype命令查看其消息類型：通過如下指令查看geometry_msgs/Twist消息類型$rosmsgshowgeometry_msgs/Twist查看話題類型geometry_msgs/Twist消息類型其中，linear代表三個方向上的線速度，angular代表三個方向的角速度。7.1.2游戲手柄控制小海龜運(yùn)動機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）在serialport/src文件夾下創(chuàng)建一個新的文件xbox_remote.cpp，并填入以下內(nèi)容：$catkin_create_pkgserialportroscpprospystd_msgsserial在serialport/src文件夾下創(chuàng)建名為infrared_remote.cpp的文件，并填入以下代碼：#include<ros/ros.h>#include<sensor_msgs/Joy.h>#include<geometry_msgs/Twist.h>usingnamespacestd;classTeleopJoy{ public: TeleopJoy();private: voidcallBack(constsensor_msgs::Joy::ConstPtr&joy); ros::NodeHandlen; ros::Publisherpub; ros::Subscribersub; inti_velLinear,i_velAngular;};……軟件基礎(chǔ)7.1.2游戲手柄控制小海龜運(yùn)動機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）代碼解釋#include<ros/ros.h>#include<sensor_msgs/Joy.h>#include<geometry_msgs/Twist.h>ros/ros.h包含大部分ROS中通用的頭文件。節(jié)點(diǎn)會發(fā)布sensor_msgs/Joy和geometry_msgs/Twist類型的消息，所以需要加入包含該類型的頭文件Joy.h和Twist.h，這兩個頭文件根據(jù)Joy.msg和Twist.msg的消息結(jié)構(gòu)定義自動生成。1.頭文件部分7.1.2游戲手柄控制小海龜運(yùn)動機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）代碼解釋在main函數(shù)中，通過init函數(shù)初始化ros節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)名稱為xbox_remote，該名稱在運(yùn)行的ROS中是唯一的，不允許同時存在名稱相同的兩個節(jié)點(diǎn)。同時創(chuàng)建TeleopJoy類的一個實例：teleop_turtle，實現(xiàn)遙控器數(shù)據(jù)的接收和小海龜控制消息的發(fā)布。2.主函數(shù)部分intmain(intargc,char**argv){ ros::init(argc,argv,"xbox_remote"); TeleopJoyteleop_turtle; ros::spin()}7.1.2游戲手柄控制小海龜運(yùn)動機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）代碼解釋在TeleopJoy()的類中，創(chuàng)建了一個節(jié)點(diǎn)句柄，用于使用和管理節(jié)點(diǎn)資源。同時定義了回調(diào)函數(shù)、線速度變量和角速度變量、發(fā)布者和訂閱者。3.類和函數(shù)部分classTeleopJoy{public:TeleopJoy();private:voidcallBack(constsensor_msgs::Joy::ConstPtr&joy);ros::NodeHandlen;ros::Publisherpub;ros::Subscribersub;inti_velLinear,i_velAngular;};7.1.2游戲手柄控制小海龜運(yùn)動機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）代碼解釋在構(gòu)造函數(shù)中，對參數(shù)進(jìn)行初始化。線速度和角速度通過參數(shù)服務(wù)器獲取變量的值。發(fā)布者pub向話題/turtle1/cmd_vel中發(fā)布Twist類型的消息，緩存區(qū)大小為1。訂閱者sub通過名為joy的話題接收sensor_msgs::Joy類型的消息數(shù)據(jù)，緩存區(qū)大小為10，其中TeleopJoy::callBack為需要執(zhí)行的回調(diào)函數(shù)。3.類和函數(shù)部分TeleopJoy::TeleopJoy(){ n.param("axis_linear",i_velLinear,i_velLinear); n.param("axis_angular",i_velAngular,i_velAngular); pub=n.advertise<geometry_msgs::Twist>("/turtle1/cmd_vel",1); sub=n.subscribe<sensor_msgs::Joy>("joy",10,&TeleopJoy::callBack,this);}7.1.2游戲手柄控制小海龜運(yùn)動機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）代碼解釋回調(diào)函數(shù)是訂閱節(jié)點(diǎn)接收消息的基礎(chǔ)機(jī)制，當(dāng)話題收到消息時會自動以消息指針作為參數(shù)，調(diào)用回調(diào)函數(shù)，完成對消息內(nèi)容的處理。如上，我們在回調(diào)函數(shù)中創(chuàng)建一個geometry_msgs::Twist類型的變量vel，用于存儲需要發(fā)布的線速度和角速度數(shù)據(jù)。當(dāng)接收到Xbox手柄的軸向角速度和線速度時，更新vel中對應(yīng)的值。最后，通過調(diào)用publish函數(shù)將消息發(fā)布出去。4.回調(diào)函數(shù)部分voidTeleopJoy::callBack(constsensor-msgs::Joy::ConstPtr&joy){ geometry_msgs::Twistvel; vel.angular.z=joy->axes[i_velAngular]; vel.linear.x=joy->axes[i_velLinear]; pub.publish(vel);}7.1.2游戲手柄控制小海龜運(yùn)動機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）編譯功能包打開功能包中的CMakeLists.txt文件，并添加如下內(nèi)容：add_executable(xbox_remotesrc/xbox_remote.cpp)

target_link_libraries(xbox_remote${catkin_LIBRARIES})修改完成之后，在工作空間中進(jìn)行編譯：$cd~/catkin_ws

$catkin_make7.1.2游戲手柄控制小海龜運(yùn)動機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）我們創(chuàng)建一個xbox_remote.launch的啟動文件，為參數(shù)服務(wù)器聲明一些變量，并同時啟動turtlesim、joy和xbox_remote三個節(jié)點(diǎn)。創(chuàng)建啟動文件<launch> <nodename="sim"pkg="turtlesim"type="turtlesim_node"/> <nodename="xbox_remote"pkg="serialport"type="example1"/> <paramname="axis_linear"value="1"type="int"/> <paramname="axis_angular"value="0"type="int"/>

<noderespawn="true"pkg="joy"type="joy_node"name="teleo