《鴻蒙機(jī)器人編程》課件-14-ROS外接設(shè)備

ROS外接設(shè)備介紹課程內(nèi)容課程目的：了解ROS外接設(shè)備，并知道如何使用課程安排：介紹ROS下常用的外接設(shè)備搖桿、鍵盤和鼠標(biāo)RGB-D攝像頭激光雷達(dá)視覺傳感器慣性測(cè)量模塊與GPS伺服電機(jī)底層嵌入式控制器Arduino?NXROBO20222輸入設(shè)備感知設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)備搖桿、鍵盤和鼠標(biāo)搖桿、鍵盤和鼠標(biāo)是最常見的計(jì)算機(jī)外部設(shè)備，相信大家都非常熟悉在這一節(jié)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)。網(wǎng)址：

/ros-teleop?NXROBO20223搖桿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。安裝一些功能包并配置：?NXROBO20224$sudoaptinstallros-noetic-joystick-drivers$rosstackprofile&rospackprofile搖桿測(cè)試插入并檢測(cè)搖桿能否被識(shí)別：使用jstest命令檢測(cè)搖桿工作情況(視情況js0、js1等)：這里，搖動(dòng)搖桿或點(diǎn)擊按鈕就會(huì)有相應(yīng)的輸出，如右圖所示。如果一切正常就可以在ROS系統(tǒng)中使用它。?NXROBO20225$ls/dev/input/$sudojstest/dev/input/js1搖桿使用首先，啟動(dòng)joy_node：查看節(jié)點(diǎn)發(fā)布的消息：這里，有軸向信息，也有按鈕信息。?NXROBO20226$rosrunjoyjoy_node$rostopicecho/joy搖桿使用查看消息類型：查看消息中使用的字段：?NXROBO20227$rostopictype/joy$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)。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?NXROBO20228$rosrunteleop_twist_joyteleop_node鍵盤和鼠標(biāo)如果沒有搖桿，使用鍵盤或鼠標(biāo)也能進(jìn)行機(jī)器人的簡(jiǎn)單遙控。這里簡(jiǎn)單介紹一下使用teleop_twist_keyboard和mouse_teleop遙控功能包。也需要修改發(fā)布關(guān)聯(lián)主題的名稱等，和上面示例類似，*_keyboard.py(/cmd_vel)、mouse_teleop.py(/mouse_vel)。使用的命令如下：?NXROBO20229$rosrunturtlesimturtlesim_node$rosrunteleop_twist_keyboardteleop_twist_keyboard.py$rosrunmouse_teleopmouse_teleop.py鍵盤和鼠標(biāo)ROS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。?NXROBO202210激光雷達(dá)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)航本節(jié)以杉川激光雷達(dá)為例。?NXROBO202211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）：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。這里，需要注意，如果沒有安裝相關(guān)依賴，啟動(dòng)激光節(jié)點(diǎn)有可能遇到問題，例如串口權(quán)限等。?NXROBO202212$gitclonehttps:///NXROBO/spark_noetic.git$ll/dev/|grep3ilidar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)：?NXROBO202213$roslaunchiiiroboticslidar23iroboticslidar2.launch激光雷達(dá)使用使用rostopic查看主題是否發(fā)布數(shù)據(jù)：其中/scan，是正在發(fā)布消息的主題，查看節(jié)點(diǎn)類型：使用以下命令查看數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：?NXROBO202214$rostopiclist$rostopictype/scan$rosmsgshowsensor_msgs/LaserScan激光雷達(dá)使用如果想查看激光雷達(dá)發(fā)布的消息，可以使用如下命令：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)：?NXROBO202215$rostopicecho/scan$rviz視覺傳感器在ROS系統(tǒng)中，視覺傳感器主要包括與RGBD深度傳感器這兩類設(shè)備。?NXROBO202216RGB攝像頭RGBD攝像頭USB攝像頭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：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。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：?NXROBO202217$sudoaptinstallros-noetic-usb-cam$rosrunusb_camusb_cam_node$roslaunchusb_camusb_cam-test.launchUSB攝像頭?NXROBO202218USB攝像頭使用rostopiclist查看主題列表：也可以使用rqt_image_view或在rviz中查看：?NXROBO202219$rosrunrqt_image_viewrqt_image_view3D深度攝像頭以?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：?NXROBO202220$roslaunchastra_launchastra.launch可以用rostopiclist查看主題列表，找到攝像頭相關(guān)的話題：類似/camera/rgb/image_raw，/camera/depth/image可以用rostopicecho命令、image_view、rviz等工具查看攝像頭獲取到的數(shù)據(jù)還可用rqt_image_view功能包查看視頻圖像(左圖為深度，右圖為RGB)：?NXROBO202221$rosrunrqt_image_viewrqt_image_view3D深度攝像頭3D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?NXROBO2022223D深度攝像頭慣性測(cè)量模塊（IMU）與GPS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。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。?NXROBO202223IMUGPS慣性測(cè)量模塊（以xsens為例）想要使用，首先驅(qū)動(dòng)安裝：?jiǎn)?dòng)設(shè)備：然后就可以查看傳感器數(shù)據(jù)了，使用以下命令：當(dāng)然，也可以在rviz中顯示可視化的姿態(tài)數(shù)據(jù)。?NXROBO202224$sudoapt-getinstallros-noetic-xsens-driver$rosstackprofile&&rospackprofile$roslaunchxsens_driverxsens_driver.launch$rostopicecho/imu/dataGPS在ROS中使用GPS，需要安裝NMEAGPS驅(qū)動(dòng)：?jiǎn)?dòng)節(jié)點(diǎn)，_port是端口號(hào)，_baud是串口傳輸速率：使用rostopiclist可以看到/fix的主題。?NXROBO202225$sudoaptinstallros-noetic-nmea-*$rosstackprofile&&rospackprofile$rosrunnmea_navsat_drivernmea_serial_driver_port:=/dev/rfcomm0_baud:=115200GPS查看主題消息內(nèi)容可以使用rostopicecho/fix：?NXROBO202226$rostopicecho/fixGPS也可以使用以下命令查看原始NMEA數(shù)據(jù)：?NXROBO202227$rosrunnmea_navsat_drivernmea_topic_serial_reader_port:=/dev/rfcomm0_baud:=115200$rostopicecho/nmea_sentence伺服電機(jī)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：安裝完成后，將設(shè)備接到計(jì)算機(jī)，并運(yùn)行以下命令：?NXROBO202228$sudoaptinstallros-noetic-dynamixel-*$rosstackprofile&&rospackprofile$roslaunchdynamixel_tutorialscontroller_manager.launch伺服電機(jī)接著運(yùn)行：使用/tilt_controller/command通過(guò)rostopicpub發(fā)布消息驅(qū)動(dòng)電機(jī)：注意，這里0.5是弧度，約為28.65度。?NXROBO202229$roslaunchdynamixel_tutorialscontroller_spawner.launch$rostopicpub/tilt_controller/commandstd_msgs/Float64--0.5底層嵌入式控制器使用底層嵌入式控制器，可以極大擴(kuò)展ROS外接的傳感器和執(zhí)行器的種類和數(shù)量，如Arduino、STM32等。ROS主要通過(guò)rosserial功能包使用這類設(shè)備。通常用串口建立底層嵌入式設(shè)備和計(jì)算器的數(shù)據(jù)交互，rosserial支持很多使用串口連接的設(shè)備，這里我們以Arduino為例。?NXROBO202230Arduino配置首先，輸入以下命令，安裝功能包：如果你已經(jīng)安裝了ArduinoIDE，忽略這一步，否則運(yùn)行以下命令：這些都安裝完畢后，需要運(yùn)行以下命令：?NXROBO202231$sudoaptinstallros-noetic-rosserial-arduino$sudoaptinstallros-noetic-rosserial$sudoaptupdate&&sudoaptinstallarduinoarduino-core$cd~/sketchbook/libraries$rm-rfros_lib$rosrunrosserial_arduinomake_libraries.py.Arduino示例使用在ros_lib中提供了豐富的示例代碼，例如選擇helloworld，并下載，這些示例代碼都在include中包含了ros.h頭文件。代碼主要包括兩個(gè)函數(shù)：setup()和loop()，分別用于初始化和連續(xù)運(yùn)行。在此，發(fā)送消息主題名稱為chatter。?NXROBO202232Arduino示例使用在啟動(dòng)roscore后，在新終端運(yùn)行下輸入命令：現(xiàn)在就可以通過(guò)rostopicecho查看Arduino發(fā)布的消息。如果用計(jì)算機(jī)控制PIN13的LED燈狀態(tài)，可以選擇Blink示例，在File|Examples|ros_lib|Blink。通過(guò)以下命令可以改變燈的狀態(tài)：?NXROBO202233$rosrunrosserial_pythonserial_node.py/dev/