使用ROS和Raspberry Pi进行Bittle远程操作

描述

 

在这篇文章中，我们将使用 ROS Melodic 与 Bittle 执行远程操作 - 来自 Petoi 的机器狗，目前在 Kickstarter 上。

即使您不打算购买 Bittle，如果您正在寻找有关如何为 ROS 编写自定义驱动程序以与机器人硬件交互并控制机器人运动的信息，本文仍然可能对您有用。我们先谈谈选项一。

Bittle 已经有一个负责运动和平衡的微控制器 - ATMega328。

可以使用 ros_arduino_bridge 包直接在微控制器芯片上运行 ROS 节点，但是这种方法有一些缺点。首先，ATMega328 上剩余的内存量可能不足以同时稳定运行运动算法和 ROS 节点。其次，ATMega328没有无线接口或图像处理能力，所以无论如何我们都需要将它与单板计算机耦合以进行远程操作。

这将我们带到了选项 2 。

。简而言之，这就是它的工作方式。现在让我们来看看细节。

有两种 SBC 推荐用于 Bittle - Raspberry Pi 3A+ 或 Raspberry Pi Zero。Raspberry Pi 4 和 3B+ 是兼容的，但尺寸尺寸对于 Bittle 紧凑的机身来说太大了。我们将在这个项目中使用 Raspberry Pi 3A+ - 它非常适合 NyBoard。

。

原因是这些接头具有用于 TX/RX 引脚的电平转换器 - Raspberry Pi 在 UART 接口上具有 3.3V，而 Arduino 板通常具有 5V。

现在，当我们有硬件连接和 Raspbian 与 ROS 时，我们需要为机器人编写一个自定义驱动程序。

安装 catkin 构建工具，创建一个 catkin 工作空间并将我的 GitHub 存储库为此项目克隆到 src 文件夹中。

sudo pip install -U catkin_tools

！确保从您的 catkin 工作区 src 文件夹中执行以下命令！

git clone https://github.com/AIWintermuteAI/bittle_ROS.git

移回 catkin 工作区文件夹并构建您刚刚从 Gtihub 克隆的包

catkin build

让我们看一下存储库内容。与 NyBoard 交互的驱动程序位于 scripts 文件夹中。它是一个简单的节点，订阅了关于 cmd_vel 主题的 Twist 消息。

def __init__(self, port='/dev/ttyS0'):
        self.dir = 0
        rospy.init_node('cmd_vel_listener')
        rospy.Subscriber("/cmd_vel", Twist, self.callback)
        self.ser = serial.Serial(
        port=port,
        baudrate=57600,
        parity=serial.PARITY_NONE,
        stopbits=serial.STOPBITS_ONE,
        bytesize=serial.EIGHTBITS,
        timeout=1
        )

Twist 消息中有 6 个分量 - 3 轴的线速度和角速度。

rospy.loginfo("Received a /cmd_vel message!")
rospy.loginfo("Linear Components: [%f, %f, %f]"%(msg.linear.x, msg.linear.y, msg.linear.z))
rospy.loginfo("Angular Components: [%f, %f, %f]"%(msg.angular.x, msg.angular.y, msg.angular.z))

在我们的例子中，我们只关心线性 x 速度（向前和向后）和角 z 速度（左和右）。收到消息后，我们使用 PySerial 使用内置通信 API 与 BIttle 进行通信。

if msg.linear.x > 0:
            dir = 1
        elif msg.linear.x < 0:
            dir = -1
        elif msg.angular.z > 0:
            dir = 2
        elif msg.angular.z < 0:
            dir = 3
        else:
            dir = 0
 
        if self.dir != dir:
            self.wrapper([dir_dict[dir],0])
            self.dir = dir

为了简单起见，我们将只启用基本的步行 - 可以通过串行直接将伺服角度发送到微控制器，但在这种情况下，陀螺仪和加速度计将不会用于平衡。

带有陀螺仪/加速度计平衡的细粒度伺服角度控制并不容易，但由于 BIttle 软件是开源的，并且未来将发布 ESP32 控制器板（能够运行 ROS 节点和运动协调算法），我认为这是可以实现的。这将大大提高 Bittle 穿越各种障碍的能力。

在存储库文件夹中，您还将找到两个启动文件 bittle_teleop_robot.launch 和 bittle_teleop_server.launch。启动文件在 ROS 中用于方便地启动大型机器人设置。Teleop 启动文件机器人将同时启动机器人驱动程序和 USB 摄像头驱动程序。要在您的 Ubuntu 计算机上执行的服务器启动文件将启动 rqt_robot_steering 和 RVIZ，并打开图像视图。

通过在 Ubuntu 计算机和 Raspberry Pi 上导出 ROS_MASTER_URI 和 ROS_IP 环境变量，将 ROS 设置为在多台机器上工作。

在您的 Ubuntu 计算机上：

export ROS_MASTER_URI=http://[your-ubuntu-computer-ip-here]
export ROS_IP=[your-ubuntu-computer-ip-here]

在树莓派上：

export ROS_MASTER_URI=http://[your-ubuntu-computer-ip-here]
export ROS_IP=[your-raspberry-pi-ip-here]

ROS_MASTER_URI 将指向您的 Ubuntu 计算机，该计算机将运行 roscore，并且 ROS_IP 需要设置为同一网络上机器各自的 IP 地址。

请记住获取您的 catkin 工作区并将 pi 用户添加到 dialout 和 tty 组 - 这是 PySerial 能够打开串行连接所必需的。由于 ROS Melodic 默认仍使用 Python 2.7，并且驱动程序脚本配置为使用您的系统 Python 3，因此您可能会收到导入错误 - 在这种情况下，请使用 pip install 安装必要的包。通常只需要安装 rospkg：

pip install rospkg

完成后，在 Ubuntu 计算机上启动 bittle_teleop_server.launch，然后在 Raspberry Pi 上启动 bittle_teleop_robot.launch。

移动滑块让机器人移动！如果您使用的机器人与 Bittle 不同，则在接收到速度消息后要执行的确切代码需要与您的设置相匹配，尤其是在接收到速度消息后的这部分

if msg.linear.x > 0:
            dir = 1
        elif msg.linear.x < 0:
            dir = -1
        elif msg.angular.z > 0:
            dir = 2
        elif msg.angular.z < 0:
            dir = 3
        else:
            dir = 0
 
        if self.dir != dir:
            self.wrapper([dir_dict[dir],0])
            self.dir = dir

距离 Kickstarter 活动结束还有时间，所以看看 Bittle 以及它在项目 Kickstarter 主页上的功能。如果您打算将 Bittle 与 ROS 一起用于更高级的机器人项目，请考虑支持BiBoard V0 ，它具有更强大的控制芯片、具有 520 Kb RAM 和 16 Mb ROM 的 ESP32。

希望本文对您了解更多有关 ROS 机器人驱动程序的信息有所帮助。

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