[转]基于ROS平台的移动机器人-4-通过ROS利用键盘控制小车移动

原文出处： https://blog.csdn.net/Forrest_Z/article/details/55002484

准备工作

1.下载串口通信的ROS包

(1)cd ~/catkin_ws/src
(2)git clone https://github.com/Forrest-Z/serial.git

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2.下载键盘控制的ROS包

(1)cd ~/catkin_ws/src
(2)git clone https://github.com/Forrest-Z/teleop_twist_keyboard.git

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进入下载好的ROS包的文件夹，选中 keyboard_teleop_zbot.py ，右键>属性>权限>勾选 允许作为程序执行文件。
最后一步：

（1）cd ~/catkin_ws
 (2)catkin_make

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这样子我们的键盘控制包就能使用了。

3.新建 base_controller ROS 包

（1）cd ~/catkin_ws/src
（2）catkin_create_pkg base_controller roscpp

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在新建好的ROS包文件夹下新建一个“src”的文件夹，然后进入该文件夹，新建一个base_controller.cpp文件，将本博文最后提供的代码粘贴进去，然后修改一下 CMakeLists.txt ：

第一处修改

find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS
  roscpp
  rospy
  std_msgs
  message_generation
  serial
  tf
  nav_msgs
)

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第二处修改

catkin_package(
#  INCLUDE_DIRS include
#  LIBRARIES base_controller
  CATKIN_DEPENDS roscpp rospy std_msgs
#  DEPENDS system_lib
)

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第三处修改

include_directories(
  ${catkin_INCLUDE_DIRS}
  ${serial_INCLUDE_DIRS}
)

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第四处修改

add_executable(base_controller src/base_controller.cpp)
target_link_libraries(base_controller ${catkin_LIBRARIES})

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然后修改一下 package.xml ：

<?xml version="1.0"?>
<package>
  <name>base_controller</name>
  <version>0.0.0</version>
  <description>The base_controller package</description>
email="siat@todo.todo">siat</maintainer>

  <license>TODO</license>
  <!--   <test_depend>gtest</test_depend> -->
  <buildtool_depend>catkin</buildtool_depend>
  <build_depend>roscpp</build_depend>
  <build_depend>rospy</build_depend>
  <build_depend>std_msgs</build_depend>

  <build_depend>message_generation</build_depend> 
  <build_depend>tf</build_depend>
  <build_depend>nav_msgs</build_depend> 


  <run_depend>roscpp</run_depend>
  <run_depend>rospy</run_depend>
  <run_depend>std_msgs</run_depend>

  <run_depend>message_runtime</run_depend> 
  <run_depend>tf</run_depend>
  <run_depend>nav_msgs</run_depend>


  <!-- The export tag contains other, unspecified, tags -->
  <export>
    <!-- Other tools can request additional information be placed here -->

  </export>
</package>

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控制原理

1.当我们按下键盘时，teleop_twist_keyboard 包会发布 /cmd_vel 主题发布速度

2.我们在 base_controller 节点订阅这个话题，接收速度数据，在转换成与底盘通信的格式，然后写入串口

3.我们在 base_controller 节点读取底盘向串口发来的里程计数据，然后进行处理再将里程计发布出去，同时更新tf

4.当小车底盘接收到串口发来的速度后，就控制电机运转，从而实现键盘控制小车的移动

运行

1.启动键盘节点

rosrun teleop_twist_keyboard teleop_twist_keyboard.py

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2.启动小车底盘控制节点

rosrun base_controller base_controller

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注意事项

1.我们在启动小车底盘控制节点时，有可以启动不了，大多数是因为串口的端口号不对，在 base_controller.cpp 文件里，我用的是”/dev/ttyUSB0”串口端口号

2.我们在启动启动小车底盘控制节点前，应该查看一下我们底盘的串口号是否正确，查看指令如下：

ls -l /dev |grep ttyUSB

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如果运行后显示的端口号和我们程序中的一样，那就没问题，如果不一样，我们将程序的代码改动一下便可。

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base_controller.cpp 完整代码：

/******************************************************************
基于串口通信的ROS小车基础控制器，功能如下：
1.实现ros控制数据通过固定的格式和串口通信，从而达到控制小车的移动
2.订阅了/cmd_vel主题，只要向该主题发布消息，就能实现对控制小车的移动
3.发布里程计主题/odm

串口通信说明：
1.写入串口
（1）内容：左右轮速度，单位为mm/s
（2）格式：１０字节,[右轮速度４字节][左轮速度４字节][结束符"
"２字节]
2.读取串口
（1）内容：小车x,y坐标，方向角，线速度，角速度，单位依次为：mm,mm,rad,mm/s,rad/s
（2）格式：２１字节，[Ｘ坐标４字节][Ｙ坐标４字节][方向角４字节][线速度４字节][角速度４字节][结束符"
"１字节]
*******************************************************************/
#include "ros/ros.h"  //ros需要的头文件
#include <geometry_msgs/Twist.h>
#include <tf/transform_broadcaster.h>
#include <nav_msgs/Odometry.h>
//以下为串口通讯需要的头文件
#include <string>        
#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <unistd.h>
#include <math.h>
#include "serial/serial.h"
/****************************************************************************/
using std::string;
using std::exception;
using std::cout;
using std::cerr;
using std::endl;
using std::vector;
/*****************************************************************************/
float ratio = 1000.0f ;   //转速转换比例，执行速度调整比例
float D = 0.2680859f ;    //两轮间距，单位是m
float linear_temp=0,angular_temp=0;//暂存的线速度和角速度
/****************************************************/
unsigned char data_terminal0=0x0d;  //“/r"字符
unsigned char data_terminal1=0x0a;  //“/n"字符
unsigned char speed_data[10]={0};   //要发给串口的数据
string rec_buffer;  //串口数据接收变量

//发送给下位机的左右轮速度，里程计的坐标和方向
union floatData //union的作用为实现char数组和float之间的转换
{
    float d;
    unsigned char data[4];
}right_speed_data,left_speed_data,position_x,position_y,oriention,vel_linear,vel_angular;
/************************************************************/
void callback(const geometry_msgs::Twist & cmd_input)//订阅/cmd_vel主题回调函数
{
    string port("/dev/ttyUSB0");    //小车串口号
    unsigned long baud = 115200;    //小车串口波特率
    serial::Serial my_serial(port, baud, serial::Timeout::simpleTimeout(1000)); //配置串口

    angular_temp = cmd_input.angular.z ;//获取/cmd_vel的角速度,rad/s
    linear_temp = cmd_input.linear.x ;//获取/cmd_vel的线速度.m/s

    //将转换好的小车速度分量为左右轮速度
    left_speed_data.d = linear_temp - 0.5f*angular_temp*D ;
    right_speed_data.d = linear_temp + 0.5f*angular_temp*D ;

    //存入数据到要发布的左右轮速度消息
    left_speed_data.d*=ratio;   //放大１０００倍，mm/s
    right_speed_data.d*=ratio;//放大１０００倍，mm/s

    for(int i=0;i<4;i++)    //将左右轮速度存入数组中发送给串口
    {
        speed_data[i]=right_speed_data.data[i];
        speed_data[i+4]=left_speed_data.data[i];
    }

    //在写入串口的左右轮速度数据后加入”/r/n“
    speed_data[8]=data_terminal0;
    speed_data[9]=data_terminal1;
    //写入数据到串口
    my_serial.write(speed_data,10);
}

int main(int argc, char **argv)
{
    string port("/dev/ttyUSB0");//小车串口号
    unsigned long baud = 115200;//小车串口波特率
    serial::Serial my_serial(port, baud, serial::Timeout::simpleTimeout(1000));//配置串口

    ros::init(argc, argv, "base_controller");//初始化串口节点
    ros::NodeHandle n;  //定义节点进程句柄

    ros::Subscriber sub = n.subscribe("cmd_vel", 20, callback); //订阅/cmd_vel主题
    ros::Publisher odom_pub= n.advertise<nav_msgs::Odometry>("odom", 20); //定义要发布/odom主题

    static tf::TransformBroadcaster odom_broadcaster;//定义tf对象
    geometry_msgs::TransformStamped odom_trans;//创建一个tf发布需要使用的TransformStamped类型消息
    nav_msgs::Odometry odom;//定义里程计对象
    geometry_msgs::Quaternion odom_quat; //四元数变量
    //定义covariance矩阵，作用为解决文职和速度的不同测量的不确定性
    float covariance[36] = {0.01,   0,    0,     0,     0,     0,  // covariance on gps_x
                            0,  0.01, 0,     0,     0,     0,  // covariance on gps_y
                            0,  0,    99999, 0,     0,     0,  // covariance on gps_z
                            0,  0,    0,     99999, 0,     0,  // large covariance on rot x
                            0,  0,    0,     0,     99999, 0,  // large covariance on rot y
                            0,  0,    0,     0,     0,     0.01};  // large covariance on rot z 
    //载入covariance矩阵
    for(int i = 0; i < 36; i++)
    {
        odom.pose.covariance[i] = covariance[i];;
    }       

    ros::Rate loop_rate(10);//设置周期休眠时间
    while(ros::ok())
    {
        rec_buffer =my_serial.readline(25,"
");    //获取串口发送来的数据
        const char *receive_data=rec_buffer.data(); //保存串口发送来的数据
        if(rec_buffer.length()==21) //串口接收的数据长度正确就处理并发布里程计数据消息
        {
            for(int i=0;i<4;i++)//提取X，Y坐标，方向，线速度，角速度
            {
                position_x.data[i]=receive_data[i];
                position_y.data[i]=receive_data[i+4];
                oriention.data[i]=receive_data[i+8];
                vel_linear.data[i]=receive_data[i+12];
                vel_angular.data[i]=receive_data[i+16];
            }
            //将X，Y坐标，线速度缩小1000倍
            position_x.d/=1000; //m
            position_y.d/=1000; //m
            vel_linear.d/=1000; //m/s

            //里程计的偏航角需要转换成四元数才能发布
      odom_quat = tf::createQuaternionMsgFromYaw(oriention.d);//将偏航角转换成四元数

            //载入坐标（tf）变换时间戳
            odom_trans.header.stamp = ros::Time::now();
            //发布坐标变换的父子坐标系
            odom_trans.header.frame_id = "odom";     
            odom_trans.child_frame_id = "base_footprint";       
            //tf位置数据：x,y,z,方向
            odom_trans.transform.translation.x = position_x.d;
            odom_trans.transform.translation.y = position_y.d;
            odom_trans.transform.translation.z = 0.0;
            odom_trans.transform.rotation = odom_quat;        
            //发布tf坐标变化
            odom_broadcaster.sendTransform(odom_trans);

            //载入里程计时间戳
            odom.header.stamp = ros::Time::now(); 
            //里程计的父子坐标系
            odom.header.frame_id = "odom";
            odom.child_frame_id = "base_footprint";       
            //里程计位置数据：x,y,z,方向
            odom.pose.pose.position.x = position_x.d;     
            odom.pose.pose.position.y = position_y.d;
            odom.pose.pose.position.z = 0.0;
            odom.pose.pose.orientation = odom_quat;       
            //载入线速度和角速度
            odom.twist.twist.linear.x = vel_linear.d;
            //odom.twist.twist.linear.y = odom_vy;
            odom.twist.twist.angular.z = vel_angular.d;    
            //发布里程计
            odom_pub.publish(odom);

            ros::spinOnce();//周期执行
      loop_rate.sleep();//周期休眠
        }
        //程序周期性调用
        //ros::spinOnce();  //callback函数必须处理所有问题时，才可以用到
    }
    return 0;
}