機器人操作系統(tǒng)（ROS2）入門與實踐 課件 第6章 IMU在ROS2中的使用

機器人操作系統(tǒng)（ROS2）入門與實踐機器人操作系統(tǒng)（ROS2）入門與實踐第1章LinuxUbuntu入門基礎第2章ROS2安裝與系統(tǒng)架構第3章ROS2編程基礎第4章ROS2機器人運動控制第5章激光雷達在ROS2中的使用第6章IMU在ROS2中的使用第7章ROS2中的SLAM環(huán)境建圖第8章ROS2中的NAV2自主導航第9章ROS2中的圖像視覺應用第10章ROS2的三維視覺應用第11章ROS2的機械臂應用第12章基于ROS2的綜合應用第6章6.3基于IMU的航向鎖定實現(xiàn)

第6章IMU在ROS2中的使用6.2IMU數據獲取6.1IMU的話題名稱6.4本章小結

與激光雷達一樣，ROS2中的IMU節(jié)點會在特定的話題里發(fā)布數據消息。話題名稱在REP-145中建議為“/imu/data_raw”、“/imu/data”和“/imu/mag”三個。6.1ROS2里的IMU數據話題內容/imu/data_raw加速度計輸出的矢量加速度和陀螺儀輸出的旋轉加速度。/imu/data/imu/data_raw的數據再加上融合后的四元數姿態(tài)描述/imu/mag磁強計輸出的磁強數據IMU數據的獲取是通過訂閱IMU節(jié)點發(fā)布的話題，從話題中獲取IMU節(jié)點發(fā)出的消息包來實現(xiàn)的。如圖所示：6.2IMU數據獲取詳細操作步驟見教材P155-P166頁cd~/ros2_ws/srcros2pkgcreateimu_pkg1、編寫節(jié)點代碼新建文件，命名為“imu_data.cpp”。6.2IMU數據獲取6.2.1編寫IMU數據獲取程序#include<rclcpp/rclcpp.hpp>#include<sensor_msgs/msg/imu.hpp>#include<tf2/LinearMath/Quaternion.h>#include<tf2/LinearMath/Matrix3x3.h>

std::shared_ptr<rclcpp::Node>node;

voidIMUCallback(constsensor_msgs::msg::Imu::SharedPtrmsg){tf2::Quaterniontf2_quaternion;tf2_quaternion.setX(msg->orientation.x);tf2_quaternion.setY(msg->orientation.y);tf2_quaternion.setZ(msg->orientation.z);tf2_quaternion.setW(msg->orientation.w);

tf2::Matrix3x3matrix(tf2_quaternion);

doubleroll,pitch,yaw;matrix.getRPY(roll,pitch,yaw);roll=roll*180/M_PI;pitch=pitch*180/M_PI;yaw=yaw*180/M_PI;RCLCPP_INFO(node->get_logger(),"roll=%.0fpitch=%.0fyaw=%.0f",roll,pitch,yaw);}6.2IMU數據獲取intmain(intargc,char**argv){rclcpp::init(argc,argv);

node=std::make_shared<rclcpp::Node>("imu_data_node");

autosub=node->create_subscription<sensor_msgs::msg::Imu>("/imu",10,IMUCallback);

rclcpp::spin(node);

rclcpp::shutdown();

return0;}6.2IMU數據獲取2、設置編譯規(guī)則3、修改軟件包信息4、編譯軟件包find_package(rclcppREQUIRED)find_package(sensor_msgsREQUIRED)find_package(tf2REQUIRED)add_executable(imu_datasrc/imu_data.cpp)ament_target_dependencies(imu_data"rclcpp""sensor_msgs""tf2")install(TARGETSimu_dataDESTINATIONlib/${PROJECT_NAME})<depend>rclcpp</depend><depend>sensor_msgs</depend><depend>tf2</depend>cd~/ros2_wscolconbuild6.2IMU數據獲取6.2.2仿真運行雷達數據獲取程序sourceinstall/setup.bashros2launchwpr_simulation2wpb_simple.launch.pysourceinstall/setup.bashros2runimu_pkgimu_data6.2IMU數據獲取打開第2個子窗口。6.2IMU數據獲取

下面實現(xiàn)一個航向鎖定的功能。編寫一個節(jié)點，先訂閱“/imu/data”話題。從此話題中接收IMU節(jié)點發(fā)來的sensor_msgs::Imu類型消息包，解析出機器人的姿態(tài)角度。設置一個目標航向角度，讓機器人朝著這個航向運動。若運行過程中機器人的姿態(tài)被改變了，導致航向角與目標角度不一致。則根據航向角偏差值，計算出糾偏速度值，打包成geometry_msgs::Twist類型的消息包，發(fā)布到“/cmd_vel”話題中。機器人底盤節(jié)點會從“/cmd_vel”話題獲取速度值并執(zhí)行，以此來實現(xiàn)航向鎖定的行為。如圖所示：6.3基于IMU的航向鎖定實現(xiàn)詳細操作步驟見教材P167-P179頁1、編寫節(jié)點代碼新建文件，命名為“imu_behavior.cpp”。6.3基于IMU的航向鎖定實現(xiàn)6.3.1編寫航向鎖定程序按照上一個實驗，在工作空間中創(chuàng)建一個imu_pkg軟件包。如果已經創(chuàng)建好了，可以直接使用，不用再重復創(chuàng)建。具體操作步驟如下：#include<rclcpp/rclcpp.hpp>#include<sensor_msgs/msg/imu.hpp>#include<geometry_msgs/msg/twist.hpp>#include<tf2/LinearMath/Quaternion.h>#include<tf2/LinearMath/Matrix3x3.h>

std::shared_ptr<rclcpp::Node>node;rclcpp::Publisher<geometry_msgs::msg::Twist>::SharedPtrvel_pub;

voidIMUCallback(constsensor_msgs::msg::Imu::SharedPtrmsg){tf2::Quaterniontf2_quaternion;tf2_quaternion.setX(msg->orientation.x);tf2_quaternion.setY(msg->orientation.y);tf2_quaternion.setZ(msg->orientation.z);tf2_quaternion.setW(msg->orientation.w);

tf2::Matrix3x3matrix(tf2_quaternion);

doubleroll,pitch,yaw;matrix.getRPY(roll,pitch,yaw);roll=roll*180/M_PI;pitch=pitch*180/M_PI;yaw=yaw*180/M_PI;RCLCPP_INFO(node->get_logger(),"roll=%.0fpitch=%.0fyaw=%.0f",roll,pitch,yaw);6.3基于IMU的航向鎖定實現(xiàn)doubletarget_yaw=90;

geometry_msgs::msg::Twistvel_msg;doublediff_angle=target_yaw-yaw;vel_msg.angular.z=diff_angle*0.01;vel_msg.linear.x=0.1;vel_pub->publish(vel_msg);}

intmain(intargc,char**argv){rclcpp::init(argc,argv);

node=rclcpp::Node::make_shared("imu_behavior_node");

autosub=node->create_subscription<sensor_msgs::msg::Imu>("imu",10,IMUCallback);

vel_pub=node->create_publisher<geometry_msgs::msg::Twist>("/cmd_vel",10);

rclcpp::spin(node);

rclcpp::shutdown();

return0;}6.3基于IMU的航向鎖定實現(xiàn)2、設置編譯規(guī)則3、修改軟件包信息4、編譯軟件包find_package(rclcppREQUIRED)find_package(sensor_msgsREQUIRED)find_package(tf2REQUIRED)find_package(geometry_msgsREQUIRED)add_executable(imu_behaviorsrc/imu_behavior.cpp)ament_target_dependencies(imu_behavior"rclcpp""sensor_msgs""tf2""geometry_msgs")install(TARGETSimu_dataimu_behaviorDESTINATIONlib/${PROJECT_NAME})<depend>rclcpp</depend><depend>sensor_msgs</depend><depend>tf2</depend><depend>geometry_msgs</depend>cd~/ros2_wscolconbuild6.3基于IMU的航向鎖定實現(xiàn)sourceinstall/setup.bashros2launchwpr_simulation2wpb_simple.launch.pysourceinstall/setup.bashros2runimu_pkgimu_behavior6.3基于IMU的航向鎖定實現(xiàn)6.3.2仿真運行航向鎖定程序打開第2個子窗口。6