第 8 章 机器人平台设计之底盘实现(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

8.4.1 底盘实现_概述

1.ros_arduino_bridge 简介

该功能包包含Arduino库和用来控制Arduino的ROS驱动包，它旨在成为在ROS下运行Arduino控制的机器人的完整解决方案。

其中当前主要关注的是：功能包集中一个兼容不同驱动的机器人的基本控制器（base controller），它可以接收ROS Twist类型的消息，可以发布里程计数据。

特点:

• 可以直接支持ping声呐和Sharp红外线传感器；

• 也可以从通用的模拟和数字信号的传感器读取数据；

• 可以控制数字信号的输出；

• 支持PWM伺服机；

• 如果使用所要求的硬件的话，可以配置基本功能；

• 如果你的Arduino编程基础好的话，并且具有python基础的话，你就可以很自由的改动代码来满足你的硬件要求。

注意：

• 官方提供的部分硬件不易采购，需要修改下位机程序，以适配当前硬件。

系统要求:

• 如果只是安装调试下位机，那么不必须安装ROS系统，只要有 arduino 开发环境即可；

• 而上位机调试，适用于 ROS Indigo 及更高版本，但是暂不支持最新版本 noetic，所以上位机需要使用其它版本的ROS(建议 melodic)；

下载:

进入ROS工作空间的src目录，输入命令：

git clone https://github.com/hbrobotics/ros_arduino_bridge.git

2.ros_arduino_bridge 架构

文件结构说明

├── ros_arduino_bridge                      # metapackage (元功能包)
│   ├── CMakeLists.txt
│   └── package.xml
├── ros_arduino_firmware                    #固件包，更新到Arduino
│   ├── CMakeLists.txt
│   ├── package.xml
│   └── src
│       └── libraries                       #库目录
│           ├── MegaRobogaiaPololu          #针对Pololu电机控制器，MegaRobogaia编码器的头文件定义
│           │   ├── commands.h              #定义命令头文件
│           │   ├── diff_controller.h       #差分轮PID控制头文件
│           │   ├── MegaRobogaiaPololu.ino  #PID实现文件
│           │   ├── sensors.h               #传感器相关实现，超声波测距，Ping函数
│           │   └── servos.h                #伺服器头文件
│           └── ROSArduinoBridge            #Arduino相关库定义
│               ├── commands.h              #定义命令
│               ├── diff_controller.h       #差分轮PID控制头文件
│               ├── encoder_driver.h        #编码器驱动头文件
│               ├── encoder_driver.ino      #编码器驱动实现, 读取编码器数据，重置编码器等
│               ├── motor_driver.h          #电机驱动头文件
│               ├── motor_driver.ino        #电机驱动实现，初始化控制器，设置速度
│               ├── ROSArduinoBridge.ino    #核心功能实现，程序入口
│               ├── sensors.h               #传感器头文件及实现
│               ├── servos.h                #伺服器头文件，定义插脚，类
│               └── servos.ino              #伺服器实现
├── ros_arduino_msgs                        #消息定义包
│   ├── CMakeLists.txt
│   ├── msg                                 #定义消息
│   │   ├── AnalogFloat.msg                 #定义模拟IO浮点消息
│   │   ├── Analog.msg                      #定义模拟IO数字消息
│   │   ├── ArduinoConstants.msg            #定义常量消息
│   │   ├── Digital.msg                     #定义数字IO消息
│   │   └── SensorState.msg                 #定义传感器状态消息
│   ├── package.xml
│   └── srv                                 #定义服务
│       ├── AnalogRead.srv                  #模拟IO输入
│       ├── AnalogWrite.srv                 #模拟IO输出
│       ├── DigitalRead.srv                 #数字IO输入
│       ├── DigitalSetDirection.srv　　　　 #数字IO设置方向
│       ├── DigitalWrite.srv                #数字IO输入
│       ├── ServoRead.srv                   #伺服电机输入
│       └── ServoWrite.srv                  #伺服电机输出
└── ros_arduino_python                      #ROS相关的Python包，用于上位机，树莓派等开发板或电脑等。
    ├── CMakeLists.txt
    ├── config                              #配置目录
    │   └── arduino_params.yaml             #定义相关参数，端口，rate，PID，sensors等默认参数。由arduino.launch调用
    ├── launch
    │   └── arduino.launch                  #启动文件
    ├── nodes
    │   └── arduino_node.py                 #python文件,实际处理节点，由arduino.launch调用，即可单独调用。
    ├── package.xml
    ├── setup.py
    └── src                                 #Python类包目录
        └── ros_arduino_python
            ├── arduino_driver.py           #Arduino驱动类
            ├── arduino_sensors.py          #Arduino传感器类
            ├── base_controller.py          #基本控制类，订阅cmd_vel话题，发布odom话题
            └── __init__.py                 #类包默认空文件

上述目录结构虽然复杂，但是关注的只有两大部分：

• ros_arduino_bridge/ros_arduino_firmware/src/libraries/ROSArduinoBridge
• ros_arduino_bridge/ros_arduino_python/config/arduino_params.yaml

前者是Arduino端的固件包实现，需要修改并上传至Arduino电路板；

后者是ROS端的一个配置文件，相关驱动已经封装完毕，我们只需要修改配置信息即可。

整体而言，借助于 ros_arduino_bridge可以大大提高我们的开发效率。

3.案例实现

基于ros_arduino_bridge的底盘实现具体步骤如下：

• 了解并修改Arduino端程序主入口ROSArduinoBridge.ino 文件；

• Arduino端添加编码器驱动；

• Arduino端添加电机驱动模块；

• Arduino端实现PID调试；