【ROS2】Arduino系列之机器人控制系统

ROS是一种分布式设计框架，针对小型或微型机器人平台的控制系统，可以选择多处理器的实现策略。具体实现是“PC + 嵌入式”，可以使用嵌入式系统（比如树莓派）充当机器人本体的控制系统，而PC则实现远程监控，通过前者实现数据采集与直接的底盘控制，而后者则远程实现图形显示以及功能运算。本文包含一下内容：

1.树莓派概述；
2.实现树莓派与PC的分布式系统搭建；
3.使用 ssh 远程连接树莓派；
4.树莓派端安装并配置 ros_arduino_bridge。

一、树莓派概述

概念：Raspberry Pi(中文名为“树莓派”,简写为RPi，(或者RasPi / RPI)是为学习计算机编程教育而设计)，只有信用卡大小的微型电脑，其系统基于Linux。随着Windows 10 IoT的发布，我们也将可以用上运行Windows的树莓派。

结构：它是一款基于ARM 的微型电脑主板，以SD/MicroSD卡为内存硬盘，卡片主板周围有1/2/4个USB接口和一个以太网接口（A型没有网口），可连接键盘、鼠标和网线，同时拥有视频模拟信号的电视输出接口和HDMI高清视频输出接口，以上部件全部整合在一张仅比信用卡稍大的主板上，具备所有PC的基本功能只需接通电视机和键盘，就能执行如电子表格、文字处理、玩游戏、播放高清视频等诸多功能，下图为树莓派4b。

配件：单独一块树莓派主板是无法运行的，必须集成一些配件才能实现一定的功能，树莓派周边配件是比较丰富的，比如：USB电源、SD卡、读卡器、HDMI连接线、显示屏、键盘、鼠标、保护壳、风扇等等，除此之外还有各式各样的传感器:声音传感器、温度传感器、土壤湿度传感器....对于我们教程而言，所需的配件比较简单，硬件清单如下:

1.树莓派主板
2.电源线
3.SD卡(已安装 Ubuntu 以及 ROS)
4.显示屏或 HDMI采集卡以及配套的数据线
5.鼠标、键盘

接线以及使用：

树莓派连接显示屏

树莓派连接HDMI采集卡

二、分布式框架

当前分布式框架搭建时，树莓派是作为主机，而PC则作为从机。

2.1 树莓派准备工作

为树莓派连接无线网络，并设置固定IP，实现如下：

1.硬件准备：使用显示屏或 HDMI采集卡连接树莓派并启动；
2.为树莓派连接无线网络；
3.为树莓派配置静态IP，具体操作如图：

 

2.2 ROS分布式通信

ROS是一个分布式计算环境。一个运行中的ROS系统可以包含分布在多台计算机上多个节点。根据系统的配置方式，任何节点可能随时需要与任何其他节点进行通信。

因此，ROS对网络配置有某些要求：

1.所有端口上的所有机器之间必须有完整的双向连接。
2.每台计算机必须通过所有其他计算机都可以解析的名称来公告自己。

2.2.1 准备

先要保证不同计算机处于同一网络中，最好分别设置固定IP，如果为虚拟机，需要将网络适配器改为桥接模式。

2.2.2 配置文件修改

分别修改不同计算机的 /etc/hosts 文件，在该文件中加入对方的IP地址和计算机名:

​主机端:    从机的IP    从机计算机名
从机端:    主机的IP    主机计算机名

设置完毕，可以通过 ping 命令测试网络通信是否正常。

IP地址查看名: ifconfig
计算机名称查看: hostname

2.2.3 配置主机IP

配置主机的 IP 地址，在~/.bashrc 追加：

export ROS_MASTER_URI=http://主机IP:11311
export ROS_HOSTNAME=主机IP