ROS与Arduino学习（九）ros_arduino_brige固件
Tutorial Level:电机控制(基于ros_arduino_brige)
Next Tutorial：
Tips 1 ros_arduino_bridge的安装
1、下载
进入你的workspace目录下的src目录，catkin_ws是workspace
cd ~/catkin_ws/src git clone https://github.com/hbrobotics/ros_arduino_bridge.git
2、编译，在workspace目录编译
cd <catkin_ws> catkin_make
3、架构
├── README.md
├── ros_arduino_bridge # metapackage (元包)
│ ├── 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，定义插脚(pins)
│ ├── 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，
│ ├── 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
4、拷贝Arduino库文件中到相应的Arduino IDE的libraries目录
$ cd SKETCHBOOK_PATH//Arduino IDE的库文件目录 $ cp -rp ~/catkin_ws/src/ros_arduino_bridge/ros_arduino_firmware/src/libraries/ROSArduinoBridge -T ROSArduinoBridge
这时候可以把ROSArduinoBridge拷贝到其他windows， Mac电脑的Arduino IDE环境下使用，重启后既可以用
Tips 2 ros_arduino_bridge架构介绍
1、common.h 此文件存放了用于串口通信的指令。
2、diff_controller.h PID控制代码
（1）结构体SetPointInfo
存储一些PID设定值信息，包括
Encoder编码器测量值、
PrevEnc上一次编码器测量值、
PrevInput上一次输入、
output代表输出
typedef struct {
double TargetTicksPerFrame; // target speed in ticks per frame
long Encoder; // encoder count
long PrevEnc; // last encoder count
int PrevInput; // last input
//int PrevErr; // last error
//int Ierror;
int ITerm; //integrated term
long output; // last motor setting
}
SetPointInfo;
（2）PID参数可以在此修改
/* PID Parameters */ int Kp = 20; int Kd = 12; int Ki = 0; int Ko = 50;
（3）resetPID()函数
用来复位PID结构体。
（4）doPID(SetPointInfo * p)函数
此函数为PID执行函数。
（5）updatePID()
更新PID函数，包括编码器采集、PID执行以及设定电机PWM。实际我们调用这个函数即可。
3、encoder_driver.h 编码器代码
这里只是针对了Arduino UNO，使用了中断接口D2,D3,和模拟接口A4，A5；所以电机编码器的输出接线需要按照此规则接线，另外要注意编码器要有两路输出
左侧电机的编码输出接D2,D3；右侧电机的编码输出接A4,A5
4、encoder_driver.ino 编码器的实现代码
5、motor_driver.h 马达驱动的接口定义
此处采取L298驱动芯片，对两个电机的接口进行了定义，包括电机使能端、正转、反转。声明了三个函数初始化电机函数、设定单电机速度、双轮速度。
#ifdef L298_MOTOR_DRIVER #define RIGHT_MOTOR_BACKWARD 5 #define LEFT_MOTOR_BACKWARD 6 #define RIGHT_MOTOR_FORWARD 9 #define LEFT_MOTOR_FORWARD 10 #define RIGHT_MOTOR_ENABLE 12 #define LEFT_MOTOR_ENABLE 13 #endif void initMotorController(); void setMotorSpeed(int i, int spd); void setMotorSpeeds(int leftSpeed, int rightSpeed);
6、motor_driver.ino
马达驱动实现代码，根据预定义选择不同的驱动板库
7、sensors.h传感器的实现文件
8、servos.h舵机的实现文件
声明了舵机的结构体
Tips 3 主程序的修改
1、启用Base Controller
#define USE_BASE // Enable the base controller code //#undef USE_BASE // Disable the base controller code
2、马达控制板定义
选择一种电机驱动方式。可以采用L298驱动方式。
/* Define the motor controller and encoder library you are using */ #ifdef USE_BASE /* The Pololu VNH5019 dual motor driver shield */ #define POLOLU_VNH5019 /* The Pololu MC33926 dual motor driver shield */ //#define POLOLU_MC33926 /* The RoboGaia encoder shield */ #define ROBOGAIA /* Encoders directly attached to Arduino board */ //#define ARDUINO_ENC_COUNTER /* L298 Motor driver*/ //#define L298_MOTOR_DRIVER #endif
3、波特率以及占空比最大值
/* Serial port baud rate */ #define BAUDRATE 57600 /* Maximum PWM signal */ #define MAX_PWM 255
4、调控周期
此项可以设置PID调控周期。
/* Run the PID loop at 30 times per second */ #define PID_RATE 30 // Hz
Tips 4 固件测试
将程序下载到Arduino中，硬件固件就好了，接下来做进一步测试，我们打开串口利用common.h中的指令进行测试。
例如发送b返回波特率。
注意：把串口监视器的波特率设置为57600然后把行结束符设置为“Carriage return（回车）”或“Both NL & CR”（NL和CR）。
主要指令：
a 模拟读入 例如 a 3
b 获取波特率
c 设置某引脚状态
d 读取某引脚状态 例如 d 4
e
m 设定速度 例如 m 20 20
p
r 复位
s 舵机写值
t 舵机读值
u 更新PID
w 数字写0/1
x 模拟写
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