《鸿蒙机器人编程》课件-14-ROS外接设备

ROS外接设备介绍课程内容课程目的：了解ROS外接设备，并知道如何使用课程安排：介绍ROS下常用的外接设备摇杆、键盘和鼠标RGB-D摄像头激光雷达视觉传感器惯性测量模块与GPS伺服电机底层嵌入式控制器Arduino©NXROBO20222输入设备感知设备驱动设备摇杆、键盘和鼠标摇杆、键盘和鼠标是最常见的计算机外部设备，相信大家都非常熟悉在这一节首先介绍一下如何在ROS中使用这类设备并结合小海龟等实例进行操作学习。网址：

/ros-teleop©NXROBO20223摇杆摇杆就是有一组按钮和电位器的装置，能够实现或控制多种运动模式。在ROS系统中，使用摇杆能够实现机器人的远程控制。ROS支持大部分通用性摇杆作为输入设备。安装一些功能包并配置：©NXROBO20224$sudoaptinstallros-noetic-joystick-drivers$rosstackprofile&rospackprofile摇杆测试插入并检测摇杆能否被识别：使用jstest命令检测摇杆工作情况(视情况js0、js1等)：这里，摇动摇杆或点击按钮就会有相应的输出，如右图所示。如果一切正常就可以在ROS系统中使用它。©NXROBO20225$ls/dev/input/$sudojstest/dev/input/js1摇杆使用首先，启动joy_node：查看节点发布的消息：这里，有轴向信息，也有按钮信息。©NXROBO20226$rosrunjoyjoy_node$rostopicecho/joy摇杆使用查看消息类型：查看消息中使用的字段：©NXROBO20227$rostopictype/joy$rosmsgshowsensor_msgs/Joy摇杆示例运行以下命令就可以实现用摇杆控制，小海龟运动。也可以通过类似的步骤控制Gazebo中的一些模拟机器人以及真实机器人运动。需要修改发布关联话题的名称，将被控对象订阅的话题改为/cmd_vel©NXROBO20228$rosrunteleop_twist_joyteleop_node键盘和鼠标如果没有摇杆，使用键盘或鼠标也能进行机器人的简单遥控。这里简单介绍一下使用teleop_twist_keyboard和mouse_teleop遥控功能包。也需要修改发布关联主题的名称等，和上面示例类似，*_keyboard.py(/cmd_vel)、mouse_teleop.py(/mouse_vel)。使用的命令如下：©NXROBO20229$rosrunturtlesimturtlesim_node$rosrunteleop_twist_keyboardteleop_twist_keyboard.py$rosrunmouse_teleopmouse_teleop.py键盘和鼠标ROS的输入设备除了典型的三种之外，还可以用手机等与机器人进行交互，大家有空可以进一步探索，发现最适合的方式去控制机器人。©NXROBO202210激光雷达对周围环境感知是机器人的一项重要能力激光雷达(lidar)是环境感知的一种重要传感器，能测量出障碍物的距离信息这些信息非常重要，可用来构建地图、避障、导航本节以杉川激光雷达为例。©NXROBO202211激光雷达配置首先，需要下载spark代码并安装依赖（带小主机的spark版本已集成，可忽略此步骤）：一旦驱动安装完毕，就可以检测安装是否正确，系统能否检测并使用它。这里，需要注意，如果没有安装相关依赖，启动激光节点有可能遇到问题，例如串口权限等。©NXROBO202212$gitclonehttps:///NXROBO/spark_noetic.git$ll/dev/|grep3ilidar启动激光雷达一切正常工作后，就可以使用激光雷达获取信息了，使用下面命令启动节点：©NXROBO202213$roslaunchiiiroboticslidar23iroboticslidar2.launch激光雷达使用使用rostopic查看主题是否发布数据：其中/scan，是正在发布消息的主题，查看节点类型：使用以下命令查看数据结构：©NXROBO202214$rostopiclist$rostopictype/scan$rosmsgshowsensor_msgs/LaserScan激光雷达使用如果想查看激光雷达发布的消息，可以使用如下命令：此时单纯显示数字不形象，难以理解，可以使用rviz在图形化接口下显示数据：©NXROBO202215$rostopicecho/scan$rviz视觉传感器在ROS系统中，视觉传感器主要包括与RGBD深度传感器这两类设备。©NXROBO202216RGB摄像头RGBD摄像头USB摄像头USB摄像头最为普遍，如笔记内置摄像头等，在ROS使用这类设备非常轻松。首先，安装相应功能包：这里，在使用前需要注意，摄像头的pixel_format，有些设备是yuyv格式的，需要修改，否则会出错并无法看到图像。也可以使用以下命令测试USB摄像头是否在ROS中正常工作：©NXROBO202217$sudoaptinstallros-noetic-usb-cam$rosrunusb_camusb_cam_node$roslaunchusb_camusb_cam-test.launchUSB摄像头©NXROBO202218USB摄像头使用rostopiclist查看主题列表：也可以使用rqt_image_view或在rviz中查看：©NXROBO202219$rosrunrqt_image_viewrqt_image_view3D深度摄像头以奥比中光3D深度摄像头为例，它包括一个彩色的VGA视频摄像头、深度传感器以及麦克风数组。我们的spark已安装该款摄像头的驱动及依赖，安装完成后，仅需插好该摄像头USB界面，运行节点并使用它：©NXROBO202220$roslaunchastra_launchastra.launch可以用rostopiclist查看主题列表，找到摄像头相关的话题：类似/camera/rgb/image_raw，/camera/depth/image可以用rostopicecho命令、image_view、rviz等工具查看摄像头获取到的数据还可用rqt_image_view功能包查看视频图像(左图为深度，右图为RGB)：©NXROBO202221$rosrunrqt_image_viewrqt_image_view3D深度摄像头3D深度摄像头还可产生点云数据如果你需要查看点云数据，可以在rviz中，点击Add按钮，添加PointCloud2©NXROBO2022223D深度摄像头惯性测量模块（IMU）与GPS惯性测量模块是测量物体速度姿态等信息的电子设备，主要由三轴陀螺和三轴加速度计，甚至还包括磁力计等组成。全球定位系统GPS可以获取地球上几乎所有地区的位置和时间信息。©NXROBO202223IMUGPS惯性测量模块（以xsens为例）想要使用，首先驱动安装：启动设备：然后就可以查看传感器数据了，使用以下命令：当然，也可以在rviz中显示可视化的姿态数据。©NXROBO202224$sudoapt-getinstallros-noetic-xsens-driver$rosstackprofile&&rospackprofile$roslaunchxsens_driverxsens_driver.launch$rostopicecho/imu/dataGPS在ROS中使用GPS，需要安装NMEAGPS驱动：启动节点，_port是端口号，_baud是串口传输速率：使用rostopiclist可以看到/fix的主题。©NXROBO202225$sudoaptinstallros-noetic-nmea-*$rosstackprofile&&rospackprofile$rosrunnmea_navsat_drivernmea_serial_driver_port:=/dev/rfcomm0_baud:=115200GPS查看主题消息内容可以使用rostopicecho/fix：©NXROBO202226$rostopicecho/fixGPS也可以使用以下命令查看原始NMEA数据：©NXROBO202227$rosrunnmea_navsat_drivernmea_topic_serial_reader_port:=/dev/rfcomm0_baud:=115200$rostopicecho/nmea_sentence伺服电机在机器人中舵机使用非常广泛，可以直接搭建关节机器人，这里简单介绍一下Dynamixel伺服电机的使用。首先，是驱动安装：安装完成后，将设备接到计算机，并运行以下命令：©NXROBO202228$sudoaptinstallros-noetic-dynamixel-*$rosstackprofile&&rospackprofile$roslaunchdynamixel_tutorialscontroller_manager.launch伺服电机接着运行：使用/tilt_controller/command通过rostopicpub发布消息驱动电机：注意，这里0.5是弧度，约为28.65度。©NXROBO202229$roslaunchdynamixel_tutorialscontroller_spawner.launch$rostopicpub/tilt_controller/commandstd_msgs/Float64--0.5底层嵌入式控制器使用底层嵌入式控制器，可以极大扩展ROS外接的传感器和执行器的种类和数量，如Arduino、STM32等。ROS主要通过rosserial功能包使用这类设备。通常用串口建立底层嵌入式设备和计算器的数据交互，rosserial支持很多使用串口连接的设备，这里我们以Arduino为例。©NXROBO202230Arduino配置首先，输入以下命令，安装功能包：如果你已经安装了ArduinoIDE，忽略这一步，否则运行以下命令：这些都安装完毕后，需要运行以下命令：©NXROBO202231$sudoaptinstallros-noetic-rosserial-arduino$sudoaptinstallros-noetic-rosserial$sudoaptupdate&&sudoaptinstallarduinoarduino-core$cd~/sketchbook/libraries$rm-rfros_lib$rosrunrosserial_arduinomake_libraries.py.Arduino示例使用在ros_lib中提供了丰富的示例代码，例如选择helloworld，并下载，这些示例代码都在include中包含了ros.h头文件。代码主要包括两个函数：setup()和loop()，分别用于初始化和连续运行。在此，发送消息主题名称为chatter。©NXROBO202232Arduino示例使用在启动roscore后，在新终端运行下输入命令：现在就可以通过rostopicecho查看Arduino发布的消息。如果用计算机控制PIN13的LED灯状态，可以选择Blink示例，在File|Examples|ros_lib|Blink。通过以下命令可以改变灯的状态：©NXROBO202233$rosrunrosserial_pythonserial_node.py/dev/