第 8 章 机器人平台设计之控制系统2(自学二刷笔记)

重要参考：

课程链接:https://www.bilibili.com/video/BV1Ci4y1L7ZZ

讲义链接:Introduction · Autolabor-ROS机器人入门课程《ROS理论与实践》零基础教程

 

8.5.4 控制系统实现_安装ros_arduino_bridge

如果你已经搭建并测试通过了分布式环境，下一步，就可以将ros_arduino_bridge功能包上传至树莓派，并在PC端通过键盘控制小车的运动了，实现流程如下：

1. 系统准备；
2. 程序修改；
3. 从PC端上传程序至树莓派；
4. 分别启动PC与树莓派端相关节点，并实现运动控制。

1.系统准备

ros_arduino_bridge是依赖于python-serial功能包的，请先在树莓派端安装该功能包，安装命令：

$ sudo apt-get install python-serial

或

$ sudo pip install --upgrade pyserial

或

$ sudo easy_install -U pyserial

2.程序修改

ros_arduino_bridge的ROS端功能包主要是使用 ros_arduino_python，程序入口是该包launch目录下的arduino.launch文件，内容如下：

<launch>
   <node name="arduino" pkg="ros_arduino_python" type="arduino_node.py" output="screen">
      <rosparam file="$(find ros_arduino_python)/config/my_arduino_params.yaml" command="load" />
   </node>
</launch>

需要载入yaml格式的配置文件，该文件在 config 目录下已经提供了模板，只需要复制文件并按需配置即可，复制文件并重命名，配置如下：

# 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/ttyACM0 #视情况设置，一般设置为 /dev/ttyACM0 或 /dev/ttyUSB0
baud: 57600 #波特率
timeout: 0.1 #超时时间
 
rate: 50
sensorstate_rate: 10
 
use_base_controller: True  #启用基座控制器
base_controller_rate: 10   
 
# For a robot that uses base_footprint, change base_frame to base_footprint
base_frame: base_footprint #base_frame 设置
 
# === Robot drivetrain parameters
wheel_diameter: 0.065 #车轮直径
wheel_track: 0.21 #轮间距
encoder_resolution: 3960#编码器精度(一圈的脉冲数 * 倍频 * 减速比)
#gear_reduction: 1 #减速比
#motors_reversed: False #转向取反
 
# === PID parameters PID参数，需要自己调节
Kp: 5
Kd: 45
Ki: 0
Ko: 50
accel_limit: 1.0
 
# === 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}
}

3.程序上传

请先在树莓派端创建工作空间，在PC端进入本地工作空间的src目录，调用程序上传命令：

scp -r ros_arduino_bridge/ 树莓派用户名@树莓派ip:~/工作空间/src

在树莓派端进入工作空间并编译：

catkin_make

4.测试

现启动树莓派端程序，再启动PC端程序。

树莓派端

启动 ros_arduino_bridge 节点：

roslaunch ros_arduino_python arduino.launch

PC端

启动键盘控制节点：

rosrun teleop_twist_keyboard teleop_twist_keyboard.py

如无异常，现在就可以在PC端通过键盘控制小车运动了，并且PC端还可以使用rviz查看小车的里程计信息。

 

资料:控制系统实现_树莓派安装ROS

在树莓派上搭建ROS环境需要两步实现：

1. 在树莓派上安装Ubuntu
2. 基于Ubuntu安装ROS

版本选择：

• Ubuntu选用18.04
• ROS选用melodic
• 树莓派选用4b

具体实现流程如下。

1.Ubuntu安装

1.1硬件准备

• 树莓派

• 读卡器

• TF卡(建议16G以及以上)

• 显示屏或 HDMI采集卡 以及配套的数据线

• 鼠标键盘

• 网线

1.2软件准备

1.Ubuntu18.04下载并解压，下载地址:https://ubuntu-mate.org/download/

2.win32 Disk Imager烧录软件下载并安装，下载地址：Win32 Disk Imager download | SourceForge.net

根据提示下载并安装

3.如果TF卡已有内容，在使用之前需要执行格式化，比如可以使用SD Card Formatter：

SD Card Formatter下载并安装，下载地址：SD Memory Card Formatter for Windows/Mac | SD Association

1.3系统烧录

1.将TF卡插入读卡器，读卡器插入计算机；

2.如果TF卡已有内容，请先格式化(如无数据，此步骤略过)；

3.启动win32 Disk Imager，选择先行下载的Ubuntu18.04镜像并写入TF卡；

1.4系统安装

1.系统启动以及登录

取下TF卡插入树莓派，连接网线，启动树莓派，启动时是命令行界面，登陆使用默认账号密码，

默认账号:ubuntu

默认密码:ubuntu

还需要根据提示修改密码。

更改密码后，系统安装完毕，不过此时是命令行式操作，下一步需要安装桌面。

2.桌面安装

为了安装方便，建议使用ssh远程登录(需要先安装ssh，可以参考:8.5.3)

首先，调用命令: ifconfig 获取树莓派的 ip 地址；

然后，远程调用 ssh ubuntu@ip地址登录；

接下来，可以直接安装桌面，但是为了提高安装效率，建议更换下载源，使用国内资源：

阿里云源

deb https://mirrors.aliyun.com/ubuntu-ports/ disco main restricted universe multiverse
deb-src https://mirrors.aliyun.com/ubuntu-ports/ disco main restricted universe multiverse
deb https://mirrors.aliyun.com/ubuntu-ports/ disco-security main restricted universe multiverse
deb-src https://mirrors.aliyun.com/ubuntu-ports/ disco-security main restricted universe multiverse
deb https://mirrors.aliyun.com/ubuntu-ports/ disco-updates main restricted universe multiverse
deb-src https://mirrors.aliyun.com/ubuntu-ports/ disco-updates main restricted universe multiverse
deb https://mirrors.aliyun.com/ubuntu-ports/ disco-backports main restricted universe multiverse
deb-src https://mirrors.aliyun.com/ubuntu-ports/ disco-backports main restricted universe multiverse
deb https://mirrors.aliyun.com/ubuntu-ports/ disco-proposed main restricted universe multiverse
deb-src https://mirrors.aliyun.com/ubuntu-ports/ disco-proposed main restricted universe multiverse

中科大源

deb https://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu-ports/ disco main restricted universe multiverse
deb-src https://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu-ports/ disco main restricted universe multiverse
deb https://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu-ports/ disco-updates main restricted universe multiverse
deb-src https://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu-ports/ disco-updates main restricted universe multiverse
deb https://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu-ports/ disco-backports main restricted universe multiverse
deb-src https://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu-ports/ disco-backports main restricted universe multiverse
deb https://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu-ports/ disco-security main restricted universe multiverse
deb-src https://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu-ports/ disco-security main restricted universe multiverse
deb https://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu-ports/ disco-proposed main restricted universe multiverse
deb-src https://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu-ports/ disco-proposed main restricted universe multiverse

清华源

deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu-ports/ disco main restricted universe multiverse
deb-src https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu-ports/ disco main restricted universe multiverse
deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu-ports/ disco-updates main restricted universe multiverse
deb-src https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu-ports/ disco-updates main restricted universe multiverse
deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu-ports/ disco-backports main restricted universe multiverse
deb-src https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu-ports/ disco-backports main restricted universe multiverse
deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu-ports/ disco-security main restricted universe multiverse
deb-src https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu-ports/ disco-security main restricted universe multiverse
deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu-ports/ disco-proposed main restricted universe multiverse
deb-src https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu-ports/ disco-proposed main restricted universe multiverse

修改/etc/apt/sources.list文件，将上述资源的任意一个复制进文件。

sudo nano /etc/apt/sources.list

最后，安装桌面环境（可选择：xubuntu-desktop、lubuntu-desktop、kubuntu-desktop）

sudo apt-get install ubuntu-desktop

3.重启桌面安装完毕

4.同步时间

默认情况下，树莓派系统时间是格林威治时间，而我们处于东八区，相差八个小时，需要将时间，设置为北京时间。

在/etc/profile文件中增加一行export TZ='CST-8' ，并使文件立即生效，执行命令：

source /etc/profile或者. /etc/profile。

2.ROS安装

在树莓派上安装ROS与PC上安装流程类似：

1.配置软件与更新

首先打开“软件和更新”对话框，具体可以在 Ubuntu 搜索按钮中搜索。打开并配置（确保勾选了"restricted"， "universe，" 和 "multiverse."），可参考PC实现。

2.设置安装源

官方默认安装源：

sudo sh -c 'echo "deb http://packages.ros.org/ros/ubuntu $(lsb_release -sc) main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'

或来自国内中科大的安装源

sudo sh -c '. /etc/lsb-release && echo "deb http://mirrors.ustc.edu.cn/ros/ubuntu/ `lsb_release -cs` main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'

或来自国内清华的安装源

sudo sh -c '. /etc/lsb-release && echo "deb http://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ros/ubuntu/ `lsb_release -cs` main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'

PS:回车后，可能需要输入管理员密码

3.设置key

sudo apt-key adv --keyserver 'hkp://keyserver.ubuntu.com:80' --recv-key C1CF6E31E6BADE8868B172B4F42ED6FBAB17C654

4.安装

首先需要更新 apt(以前是 apt-get，官方建议使用 apt 而非 apt-get)，apt 是用于从互联网仓库搜索、安装、升级、卸载软件或操作系统的工具。

sudo apt update

等待...

然后，再安装所需类型的 ROS，ROS 多个类型：Desktop-Full、Desktop、ROS-Base。由于在分布式架构中，树莓派担当角色较为简单，在此选择 Desktop 或 ROS-Base 安装

sudo apt install ros-melodic-desktop

5.环境配置

配置环境变量，方便在任意 终端中使用 ROS。

echo "source /opt/ros/melodic/setup.bash" >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc

6.构建软件包的依赖关系

到目前为止，已经安装了运行核心ROS软件包所需的软件。要创建和管理您自己的ROS工作区，还需要安装其他常用依赖：

sudo apt install python-rosdep python-rosinstall python-rosinstall-generator python-wstool build-essential

安装并初始化rosdep，在使用许多ROS工具之前，需要初始化rosdep。rosdep使您可以轻松地为要编译的源安装系统依赖：

sudo apt install python-rosdep

使用以下命令，可以初始化rosdep。

sudo rosdep init
rosdep update