基于ROS平台的移动机器人-3-小车底盘与ROS的通信

ROS平台与小车底盘通信
本文介绍了一种基于ROS平台的小车底盘通信方案,详细描述了通过串口进行速度控制与里程计数据交换的过程及具体实现代码。

基于ROS平台的移动机器人-3-小车底盘与ROS的通信

1.ROS平台与底盘通信协议

ROS平台与小车底盘的通信一般是通过串口或者CAN总线。我这里采用的是串口,以下为我自定义的通信数据格式:

(1)底盘串口部分

1.串口接收
 (1)内容:小车左右轮速度,单位:mm/s(所有数据都为   float型,float型占4字节)
 (2)格式:10字节 
[右轮速度4字节][左轮速度4字节][结束符"\r\n"2字节]

2.串口发送
 (1)内容:里程计(x,y坐标、线速度、角速度和方向角,单位依次为:mm,mm,mm/s,rad/s,rad,所有数据都为float型,float型占4字节)
 (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"\n"1字节]

(2)ROS平台串口节点部分

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"\r\n"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"\n"1字节]

2.串口通信处理程序

(1)小车底盘串口处理程序。

底盘串口处理的程序主要写在了 main.c 文件中。

底盘向串口发送里程计代码:

if(main_sta&0x01)//执行发送里程计数据步骤
{
    //里程计数据获取
    x_data.odoemtry_float=position_x;//单位mm
    y_data.odoemtry_float=position_y;//单位mm
    theta_data.odoemtry_float=oriention;//单位rad
    vel_linear.odoemtry_float=velocity_linear;//单位mm/s
    vel_angular.odoemtry_float=velocity_angular;//单位rad/s

    //将所有里程计数据存到要发送的数组
    for(j=0;j<4;j++)
    {
        odometry_data[j]=x_data.odometry_char[j];
        odometry_data[j+4]=y_data.odometry_char[j];
        odometry_data[j+8]=theta_data.odometry_char[j];
        odometry_data[j+12]=vel_linear.odometry_char[j];
        odometry_data[j+16]=vel_angular.odometry_char[j];
    }

    odometry_data[20]='\n';//添加结束符

    //发送数据要串口
    for(i=0;i<21;i++)
    {
        USART_ClearFlag(USART1,USART_FLAG_TC);  //在发送第一个数据前加此句,解决第一个数据不能正常发送的问题             
        USART_SendData(USART1,odometry_data[i]);//发送一个字节到串口 
        while(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC) == RESET); //等待发送结束            
    }

    main_sta&=0xFE;//执行计算里程计数据步骤
}

底盘接收串口发来的速度代码:

if(USART_RX_STA&0x8000)  // 串口1接收函数
{           
    //接收左右轮速度
    for(t=0;t<4;t++)
    {
        rightdata.data[t]=USART_RX_BUF[t];
        leftdata.data[t]=USART_RX_BUF[t+4];
    }

    //储存左右轮速度
    odometry_right=rightdata.d;//单位mm/s
    odometry_left=leftdata.d;//单位mm/s

    USART_RX_STA=0;//清楚接收标志位
}

(2)ROS平台串口处理程序

ROS平台串口处理程序主要写在 base_controller.cpp 文件中。

ROS平台向串口发送速度代码:

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);
}

ROS平台接收串口发来的里程计代码:

rec_buffer =my_serial.readline(25,"\n");    //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
ROS2中,机器人小车的演示示例或教程通常涵盖从建模、仿真到控制的完整流程。这些资源可以帮助开发者快速上手ROS2,并理解如何构建和操作一个基于ROS2的小车系统。 ### 创建机器人模型 首先,可以使用SDF(Simulation Description Format)来定义机器人的物理结构[^1]。对于简单的两轮差速驱动机器人,可以通过编写SDF文件描述其底盘、轮子等组件。此外,URDF(Unified Robot Description Format)也是一种常用的格式,它允许以XML的方式详细描述包括底盘、传感器(如摄像头、激光雷达)以及机械臂在内的各种部件及其关节自由度[^3]。 ### 仿真环境搭建 为了测试和验证你的机器人模型,你可以利用Gazebo这样的仿真平台。通过为Gazebo编写插件,可以将动力学行为添加到你的机器人上。例如,`DiffDrive`插件可以用来实现差速转向控制,其中涉及设置左右轮之间的距离(`wheel_separation`)、轮子半径(`wheel_radius`)以及里程计发布频率(`odom_publish_frequency`)等参数[^4]。 ### 控制导航 一旦有了机器人模型并在仿真环境中运行起来,下一步就是实现对它的控制。这通常涉及到订阅速度命令话题(如`cmd_vel`),并通过相应的驱动逻辑来更新机器人的运动状态。ROS2提供了丰富的工具包和库支持这一过程,同时也有许多现成的包可供参考,比如用于路径规划和避障的导航堆栈。 ### 示例代码 下面是一个非常基础的例子,展示了一个使用Python编写的节点,该节点向`cmd_vel`话题发布Twist消息来控制小车前进: ```python import rclpy from rclpy.node import Node from geometry_msgs.msg import Twist class SimpleMover(Node): def __init__(self): super().__init__(&#39;simple_mover&#39;) self.publisher_ = self.create_publisher(Twist, &#39;cmd_vel&#39;, 10) timer_period = 0.5 # seconds self.timer = self.create_timer(timer_period, self.timer_callback) def timer_callback(self): msg = Twist() msg.linear.x = 0.5 # Move forward at 0.5 m/s msg.angular.z = 0.0 # No rotation self.publisher_.publish(msg) self.get_logger().info(&#39;Publishing: "%s"&#39; % msg) def main(args=None): rclpy.init() simple_mover = SimpleMover() rclpy.spin(simple_mover) rclpy.shutdown() if __name__ == &#39;__main__&#39;: main() ``` 这个脚本创建了一个ROS2节点,定期发送线性速度指令给名为`cmd_vel`的话题,从而让连接到该话题的小车向前移动。 ### 相关问题 - 如何在ROS2中配置Gazebo仿真环境? - 怎样使用URDF文件在ROS2里创建复杂的机器人模型? -ROS2中如何实现基于差速驱动的小车控制? 以上内容提供了关于ROS2机器人小车的基本指导思路及实践方法,希望对你有所帮助。
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