读取编码器的计数脉冲转化成ROS的odom数据

本文介绍了如何将移动机器人编码器的计数脉冲转化为ROS的odom数据。详细阐述了从编码器原理到中心点换算,再到base_link到odom坐标系转化的理论模型,并给出了python源代码的主要部分。

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1,理论模型

1.1 原理

如下图所示,蓝色圆形区域为小车的地盘,左右轮之间的间距为wheel_dist注意算法中的所有的单位,全部是国际标准单位。移动机器人编码器,安装在左右轮上,机器人地底盘的坐标系为base_link坐标系,里程计坐标系为odom。

当移动机器人移动时,假设运动到如下图所示位置。图中的,V为移动小车中心点的运动速度方向,dxy_avg为移动小车中心点的运动距离。

根据编码器的差值,可知前一时刻与当前时刻编码器增量的计数脉冲,已知小车车轮行走一个周长的长度的编码器计数脉冲个数,可以推算出,一个计数脉冲的移动距离。代码实现如下:

# (4096 * 7.5) dright is right boot position
dright = (right_enc - enc_right) * pi * D / (4096 * 7.5)
# dleft is left boot positon
dleft = (left_enc - enc_left) * pi * D / (4096 * 7.5)

其中,dright 为右轮的移动距离,dleft 为左轮的移动距离right_enc - enc_right为右轮编码器脉冲个数的增量,left_enc - enc_left为左轮编码器脉冲个数的增量,参数pi * D / (4096 * 7.5)需要依据自己的小车测量出,编码器一个计数脉冲对应的行走距离(单位m)

1.2 向中心点换算

因为在使用里程计向上层的开发中,往往对于小车模型,通常会考率成中心点的运动模型,即大致认为时一个质点,这是不准确的。算法如下:

 dxy_ave = (dright + dleft) / 2.0
 dth = (dright - dleft) / wheel_track
 vxy = dxy_ave / dt
 vth = dth / dt

其中, dxy_ave为左右轮的移动距离均值,认为是中心点的移动距离;dth 为通过为中心点的转动角度,通过弧长公式 θ=l/R\theta = l/Rθ=l/R,中心点速度V=vxy 为位移对时间的微分v=dx/dtv= dx/dtv=dx/dtvth 为角速度,为转动角度对时间的倒数vth=θ/dtvth= \theta/dtvth=

<think>好的,我现在需要帮助用户解决如何在Arduino和ROS集成的小车上获取里程计话题数据的问题。首先,我得回忆一下相关的知识,尤其是关于ROS和Arduino的集成。根据用户提供的引用,他们提到了ros_arduino_bridge功能包和ROSArduinoBridge库,这些应该和问题相关。 首先,用户想要获取里程计话题的数据,也就是odom。在ROS中,里程计通常通过/nav_msgs/Odometry消息类型发布,所以需要确认Arduino部分是否能发布这样的消息,或者是否需要通过其他方式转换数据。 根据引用[2],提到的ROSArduinoBridge库可能负责处理底盘的控制和传感器数据的发布。通常,这类库会处理编码器数据,计算里程计,并通过ROS话题发布。可能需要检查Arduino代码是否配置了编码器引脚,并且正确计算了里程信息。 接下来,可能需要配置ROS端,确保Arduino通过rosserial与ROS通信,正确发布话题。例如,在Arduino代码中,可能需要初始化节点,发布者,以及定时发送里程数据。同时,需要确认波特率等参数是否正确设置。 另外,可能涉及到坐标变换(TF),因为里程计数据通常需要与TF配合使用,比如发布base_link到odom的变换。需要检查是否配置了正确的TF广播。 可能的步骤包括:1. 在Arduino端读取编码器数据,计算速度和位移;2. 通过ROS的发布者将数据发送到odom话题;3. 在ROS端验证话题是否正确发布,并查看数据内容。 可能需要参考ros_arduino_bridge的文档,确认是否需要修改参数文件,例如设置编码器的引脚、轮子直径、轮间距等物理参数,以确保里程计算的准确性。 另外,用户可能需要示例代码来理解如何实现这一点。例如,在Arduino代码中设置编码器中断,计算脉冲数,转换为距离,再结合时间差计算速度,最后将这些数据打包成Odometry消息发布。 最后,可能需要指导用户如何测试,例如使用rostopic echo查看odom话题,或者用rviz可视化机器人的运动。</think>### Arduino与ROS集成小车获取里程计数据的实现步骤 #### 1. 硬件配置与编码器连接 首先需要确认Arduino开发板已正确连接电机编码器。以常见的增量式编码器为例: ```cpp #define LEFT_ENCODER_A 2 // 左编码器A相接中断引脚 #define LEFT_ENCODER_B 3 #define RIGHT_ENCODER_A 18 #define RIGHT_ENCODER_B 19 ``` 编码器信号线需接入支持硬件中断的引脚,推荐使用Arduino Mega2560,因其提供更多中断引脚[^2]。 #### 2. 加载ROS Arduino固件 使用`ros_arduino_firmware`功能包中的`ROSArduinoBridge`库,需在Arduino IDE中: ```cpp #include <ros.h> #include <ros_arduino_msgs/Encoders.h> #include <geometry_msgs/Twist.h> ros::NodeHandle nh; ``` 该库已封装了编码器计数和PID控制功能。 #### 3. 里程计数据发布实现 在Arduino代码中添加发布者: ```cpp #include <nav_msgs/Odometry.h> nav_msgs::Odometry odom_msg; ros::Publisher odom_pub("odom", &odom_msg); void setup() { nh.initNode(); odom_pub = nh.advertise<nav_msgs::Odometry>("odom", 50); initEncoders(); } void loop() { if((millis()-last_time) > ODOM_PUBLISH_PERIOD){ calculateOdometry(); publishOdometry(); nh.spinOnce(); } } ``` 其中`calculateOdometry()`函数需要实现以下计算: $$ \Delta x = \frac{\Delta_{left} + \Delta_{right}}{2} \cos(\theta) $$ $$ \Delta y = \frac{\Delta_{left} + \Delta_{right}}{2} \sin(\theta) $$ $$ \Delta \theta = \frac{\Delta_{right} - \Delta_{left}}{L} $$ ($L$为轮间距,$\Delta$为轮子位移量) #### 4. ROS参数配置 在`ros_arduino_params.yaml`中配置物理参数: ```yaml wheel_diameter: 0.065 # 单位:米 encoder_ticks_per_revolution: 1560 # 编码器每转脉冲数 wheel_separation: 0.23 # 轮间距 ``` 这些参数直接影响里程计计算精度[^2]。 #### 5. 数据验证方法 在ROS终端执行: ```bash rostopic echo /odom # 查看原始数据 rviz # 添加Odometry显示 ``` 正常情况应能看到持续更新的位姿数据和坐标系变换。
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