怎样通过ROSSerial去控制现实世界的小海龟呢

ROSSerial的功能有哪些呢？
怎样通过ROSSerial去控制现实世界的小海龟呢？

回帖（1）

蒋荣艳

2022-2-10 13:57:30

总体来说，ROS更偏重软件，其涉及的控制、算法都是偏策略或复杂的，但机器人是要和现实世界打交道的，必须有相应的执行机构，使ROS所能做的那些“高、大、上”的工作落地。真正能够和执行硬件打交道、操控起来得心应手的还是MCU，所以如何将MCU控制的硬件和ROS系统相连，可以基于ROS的信息交互机制实现控制和反馈，是学习ROS、基于ROS完成一些任务必须首先化解的问题。
很早我就做了一个4轮全向小车平台，可以将笔记本放置在上面，作为上位机，设计了一个STM32的控制板，驱动4个舵机和4个轮式驱动单元（带反馈的直流电机），通过串口即可控制小车运转

当时就想在笔记本上运行ROS，控制小车运动，相当于那个经典的ROS底盘。可一直没有沉下心来实现ROSSerial，惭愧！希望这次可以借此顺势完成^_^
先从简单的做起吧！
上一篇做了一个STM32的Arduino控制板，并且成功替换了原来的Arduino Nano控制板，将原来的程序移植到STM32平台上，实现了原有的功能。编译后发现资源还富裕很多，在上面应该可以做很多文章，比如PID转速控制；原来那个基于Mega328的Nano有点勉强，不光是资源问题，对AVR的底层也太不熟悉，完全基于Arduino库有点困难。
不过这个先放一下，重点是打通和ROS的通讯，将ROSSerial功能用起来。
ROS的官方教学示例都是以虚拟的小海龟为控制对象，消息、服务均是以控制小海龟作为示例。但小海龟毕竟是虚拟的，而Robot对于很多人而言，是现实存在的。
所以，第一步打算用前文所述的那个小车作为实体的小海龟，尝试一下，可否通过ROS消息控制这个现实世界的小海龟。
作为测试，将geometry_msgs/Twist 中的 linear X 作为 PWM，angular Z 作为舵机转角，每次收到消息走 3 秒。
以上一篇的程序为基础，修改了以下几个部分：
…….
#include    // 190519
#include // 190519
…….
//-----------190519 ---------------
boolean                         g_bReceived_Msgs;
int                                  gc_iRunTimeCnt;
ros::NodeHandle  nh;
//------------- 190519 ----------------
voidoneWheel_cb( const geometry_msgs::Twist& cmd_msg)
{
  int temp;
  if(cmd_msg.linear.x == 0.0)
  {
   g_ucPara1= BRAKE;
   g_ucPara2= 0;
  }
  else
  {
      if(cmd_msg.linear.x > 0.0)
      {
            g_ucPara1 = FORWARD;
            g_ucPara2 =byte(cmd_msg.linear.x);
      }
      else
      {
            g_ucPara1 = BACKWARD;
            g_ucPara2 = byte(0 -cmd_msg.linear.x);
      }
      }
  temp = int(cmd_msg.angular.z);
      if(temp <0)
      {
      temp = 0;
      }
      if(temp >180)
      {
               temp = 180;
      }
      g_ucServoVal = byte(temp);
      g_bReceived_Msgs = true;
      gc_iRunTimeCnt = 3000;
      digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);  // led
}

ros::Subscribersub("turtle_cmd_Vel", oneWheel_cb);
…….
voidsetup()
{
………..
  nh.initNode();
  nh.subscribe(sub);
}
voidloop()
{
  ……
   nh.spinOnce();    // 190519
if(g_bReceived_Msgs)
{
         g_bReceived_Msgs= false;
         driveMotor(g_ucPara1,g_ucPara2);
         myServo.writeMicroseconds(correctServo(g_ucServoVal));
}
if(gc_iRunTimeCnt!=0)
{
         gc_iRunTimeCnt--;
         if(gc_iRunTimeCnt==0)
         {
                     driveMotor(BRAKE,0);
                     digitalWrite(LED_BUILTIN,LOW);
         }
}
  }
}
增加了上述语句后，编译通过（在ubuntu环境下，因为只在那里面安装了ROS）：

可以看出对于STM32F103C8而言，64K FLASH 只占用了25k（38%），20K RAM只占用了2.7k（13%），在此基础上，可以有很大的发挥空间。
用USB转TTL电平串口模块连接STM32duino控制板

使用消息发布测试：

现实世界中的小海龟动起来了！
感觉不错。不过尝试用无线适配器代替USB转TTL电平串口，失败了:(
好像 ROSSerial 协议在通讯过程中不断在用时间同步，经过两个无线模块转发后，可能通讯帧不连贯了，导致通讯只能偶尔成功，多数情况下失败。
看来如果要让这个小海龟无拘无束的跑起来，只能用TK-1之类的小主板放置在小车上了，或者使用树莓派3B+ 放置在小车上，作为中继，通过Wifi实现远程。
这一步的目标算是实现了，证明 ROSSerial可用，而且还比较方便，ROS.lib封装的不错。
下一步要尝试：如果程序框架基于 FreeRTOS编写，是否还可以可靠的使用ROS.lib？通过ROSSerial和ROS主机通讯。
因为我以往的小车控制程序都是基于 uCOS编写的，要移植到Arduino环境下，如果放弃RTOS框架，改写的内容太多，关键是需要自己写调度部分，有些麻烦。感觉移植到FreeRTOS上会方便些，STM32Duino有现成的 FreeRTOS库。

总体来说，ROS更偏重软件，其涉及的控制、算法都是偏策略或复杂的，但机器人是要和现实世界打交道的，必须有相应的执行机构，使ROS所能做的那些“高、大、上”的工作落地。真正能够和执行硬件打交道、操控起来得心应手的还是MCU，所以如何将MCU控制的硬件和ROS系统相连，可以基于ROS的信息交互机制实现控制和反馈，是学习ROS、基于ROS完成一些任务必须首先化解的问题。
很早我就做了一个4轮全向小车平台，可以将笔记本放置在上面，作为上位机，设计了一个STM32的控制板，驱动4个舵机和4个轮式驱动单元（带反馈的直流电机），通过串口即可控制小车运转

当时就想在笔记本上运行ROS，控制小车运动，相当于那个经典的ROS底盘。可一直没有沉下心来实现ROSSerial，惭愧！希望这次可以借此顺势完成^_^
先从简单的做起吧！
上一篇做了一个STM32的Arduino控制板，并且成功替换了原来的Arduino Nano控制板，将原来的程序移植到STM32平台上，实现了原有的功能。编译后发现资源还富裕很多，在上面应该可以做很多文章，比如PID转速控制；原来那个基于Mega328的Nano有点勉强，不光是资源问题，对AVR的底层也太不熟悉，完全基于Arduino库有点困难。
不过这个先放一下，重点是打通和ROS的通讯，将ROSSerial功能用起来。
ROS的官方教学示例都是以虚拟的小海龟为控制对象，消息、服务均是以控制小海龟作为示例。但小海龟毕竟是虚拟的，而Robot对于很多人而言，是现实存在的。
所以，第一步打算用前文所述的那个小车作为实体的小海龟，尝试一下，可否通过ROS消息控制这个现实世界的小海龟。
作为测试，将geometry_msgs/Twist 中的 linear X 作为 PWM，angular Z 作为舵机转角，每次收到消息走 3 秒。
以上一篇的程序为基础，修改了以下几个部分：
…….
#include    // 190519
#include // 190519
…….
//-----------190519 ---------------
boolean                         g_bReceived_Msgs;
int                                  gc_iRunTimeCnt;
ros::NodeHandle  nh;
//------------- 190519 ----------------
voidoneWheel_cb( const geometry_msgs::Twist& cmd_msg)
{
  int temp;
  if(cmd_msg.linear.x == 0.0)
  {
   g_ucPara1= BRAKE;
   g_ucPara2= 0;
  }
  else
  {
      if(cmd_msg.linear.x > 0.0)
      {
            g_ucPara1 = FORWARD;
            g_ucPara2 =byte(cmd_msg.linear.x);
      }
      else
      {
            g_ucPara1 = BACKWARD;
            g_ucPara2 = byte(0 -cmd_msg.linear.x);
      }
      }
  temp = int(cmd_msg.angular.z);
      if(temp <0)
      {
      temp = 0;
      }
      if(temp >180)
      {
               temp = 180;
      }
      g_ucServoVal = byte(temp);
      g_bReceived_Msgs = true;
      gc_iRunTimeCnt = 3000;
      digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);  // led
}

ros::Subscribersub("turtle_cmd_Vel", oneWheel_cb);
…….
voidsetup()
{
………..
  nh.initNode();
  nh.subscribe(sub);
}
voidloop()
{
  ……
   nh.spinOnce();    // 190519
if(g_bReceived_Msgs)
{
         g_bReceived_Msgs= false;
         driveMotor(g_ucPara1,g_ucPara2);
         myServo.writeMicroseconds(correctServo(g_ucServoVal));
}
if(gc_iRunTimeCnt!=0)
{
         gc_iRunTimeCnt--;
         if(gc_iRunTimeCnt==0)
         {
                     driveMotor(BRAKE,0);
                     digitalWrite(LED_BUILTIN,LOW);
         }
}
  }
}
增加了上述语句后，编译通过（在ubuntu环境下，因为只在那里面安装了ROS）：

可以看出对于STM32F103C8而言，64K FLASH 只占用了25k（38%），20K RAM只占用了2.7k（13%），在此基础上，可以有很大的发挥空间。
用USB转TTL电平串口模块连接STM32duino控制板

使用消息发布测试：

现实世界中的小海龟动起来了！
感觉不错。不过尝试用无线适配器代替USB转TTL电平串口，失败了:(
好像 ROSSerial 协议在通讯过程中不断在用时间同步，经过两个无线模块转发后，可能通讯帧不连贯了，导致通讯只能偶尔成功，多数情况下失败。
看来如果要让这个小海龟无拘无束的跑起来，只能用TK-1之类的小主板放置在小车上了，或者使用树莓派3B+ 放置在小车上，作为中继，通过Wifi实现远程。
这一步的目标算是实现了，证明 ROSSerial可用，而且还比较方便，ROS.lib封装的不错。
下一步要尝试：如果程序框架基于 FreeRTOS编写，是否还可以可靠的使用ROS.lib？通过ROSSerial和ROS主机通讯。
因为我以往的小车控制程序都是基于 uCOS编写的，要移植到Arduino环境下，如果放弃RTOS框架，改写的内容太多，关键是需要自己写调度部分，有些麻烦。感觉移植到FreeRTOS上会方便些，STM32Duino有现成的 FreeRTOS库。

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