精选旭日X3派开发｜项目实战

张珊珊

分类：ROS2

个人专栏：旭日X3派实战

发布时间 2023.05.31阅读数 1697 评论数 0

大致学习了前面的 micro-ROS 之后，我们就可以开始动手实践了。那么我们现在就使用 micro-ROS 来让我们的小车动起来。其作用就是让我们的小车的控制器——ESP32，能够接入我们的 ROS 机器人系统，方便我们的编程和使用。

移动机器人

硬件设备

使用的移动小车，需要两个电机和一个驱动模块，驱动模块使用的是 L298N，用 PWM 来控制电机转速和方向。
l298n

配置文件

那么还是一样，我们需要在 VS Code 中的 PlatformIO 新建工程，这个在第一篇博客中就有说明。之后配置我们的 platformio.ini 配置文件，具体配置如下：

[env:featheresp32]               ; 这是一个环境配置标签，指定了代码将运行的硬件平台和框架 
platform = espressif32           ; 指定了使用的平台为Espressif 32 
board = featheresp32             ; 指定使用的硬件板为Feather ESP32 
framework = arduino              ; 指定使用的框架为Arduino 
board_microros_transport = wifi  ; 指定使用的Micro-ROS传输方式为Wi-Fi 
lib_deps =                       ; 列出所有依赖库的URL，这些库将被下载和安装     
    https://github.com/fishros/Esp32McpwmMotor.git
    https://gitee.com/ohhuo/micro_ros_platformio.git

之后我们需要编写我们的代码，rclc 初始化 Node 和添加一个 Subscriber 的操作可以在上一篇博客中找到。代码使用 Esp32McpwmMotor 库初始化电机，设置 micro-ROS 通信参数以连接到 ROS2 agent，并初始化一个 ROS2 Node 和一个 Subscriber，以订阅 /cmd_vel 主题上的 Twist 类型消息。

消息格式

这是 geometry_msgs/msg/Twist 的定义，含有两个三维向量，分别表示线速度和角速度。

# This expresses velocity in free space broken into its linear and angular parts.

Vector3  linear
    float64 x
    float64 y
    float64 z
Vector3  angular
    float64 x
    float64 y
    float64 z

代码编写

当接收到新的 Twist 消息时，调用 twist_callback() 函数提取线性和角速度，并相应地控制电机。如果两个速度都为零，则电机停止。否则，根据方向设置电机速度。在正向方向上，速度设置为 70，在反向方向上为 -70。

loop() 函数重复调用 rclc_executor_spin_some() 来处理来自 ROS2 网络的传入数据。

#include <Arduino.h>
#include <Esp32McpwmMotor.h>
#include <Arduino.h>
#include <micro_ros_platformio.h>
#include <WiFi.h>
#include <rcl/rcl.h>
#include <rclc/rclc.h>
#include <rclc/executor.h>
#include <geometry_msgs/msg/twist.h>

// 定义 ROS2 执行器和支持结构
rclc_executor_t executor;
rclc_support_t support;
// 定义 ROS2 内存分配器
rcl_allocator_t allocator;
// 定义 ROS2 节点和订阅者
rcl_node_t node;
rcl_subscription_t subscriber;
// 定义接收到的消息结构体
geometry_msgs__msg__Twist sub_msg;

// 定义控制两个电机的对象
Esp32McpwmMotor motor;

// 回调函数，当接收到新的 Twist 消息时会被调用
void twist_callback(const void *msg_in)
{
  // 将接收到的消息指针转化为 geometry_msgs__msg__Twist 类型
  const geometry_msgs__msg__Twist *twist_msg = (const geometry_msgs__msg__Twist *)msg_in;
  // 从 Twist 消息中获取线速度和角速度
  float linear_x = twist_msg->linear.x;
  float angular_z = twist_msg->angular.z;
  // 打印接收到的速度信息
  Serial.printf("recv spped(%f,%f)\n", linear_x, angular_z);
  // 如果速度为零，则停止两个电机
  if (linear_x == 0 && angular_z == 0)
  {
    motor.updateMotorSpeed(0, 0);
    motor.updateMotorSpeed(1, 0);
    return;
  }

  // 根据线速度和角速度控制两个电机的转速
  if (linear_x > 0)
  {
    motor.updateMotorSpeed(0, 70);
    motor.updateMotorSpeed(1, 70);
  }

  if (linear_x < 0)
  {
    motor.updateMotorSpeed(0, -70);
    motor.updateMotorSpeed(1, -70);
  }

  if (angular_z > 0)
  {
    motor.updateMotorSpeed(0, -70);
    motor.updateMotorSpeed(1, 70);
  }

  if (angular_z < 0)
  {
    motor.updateMotorSpeed(0, 70);
    motor.updateMotorSpeed(1, -70);
  }
}

void setup()
{
  // 初始化串口
  Serial.begin(115200);

  // 初始化两个电机的引脚
  motor.attachMotor(0, 22, 23);
  motor.attachMotor(1, 12, 13);

  // 设置 micro-ROS 通信参数，连接到指定的 ROS2 代理
  IPAddress agent_ip;
  agent_ip.fromString("192.168.1.110");
  set_microros_wifi_transports("SSID", "PASSWD", agent_ip, PORT);
  delay(2000);

  // 初始化 ROS2 执行器和支持结构
  allocator = rcl_get_default_allocator();
  rclc_support_init(&support, 0, NULL, &allocator);
  // 初始化 ROS2 节点
  rclc_node_init_default(&node, "esp32_car", "", &support);
  // 初始化订阅者
  rclc_subscription_init_default(
      &subscriber,
      &node,
      ROSIDL_GET_MSG_TYPE_SUPPORT(geometry_msgs, msg, Twist),
      "/cmd_vel");
  rclc_executor_init(&executor, &support.context, 1, &allocator);
  // 设置订阅的回调函数
  rclc_executor_add_subscription(&executor, &subscriber, &sub_msg, &twist_callback, ON_NEW_DATA);
}

void loop()
{
  rclc_executor_spin_some(&executor, RCL_MS_TO_NS(100)); // 循环处理数据
}

这样，我们就搭建了一个简单的可遥控的移动小车，要想让小车运动起来，还需要向 cmd_vel 话题中传入我们的数据，让小车接受并处理后运动起来。

旭日 X3 派

我们将旭日 X3 派作为项目中物联网网关，旭日 X3 派官方的镜像中包含了 tros 系统，作为数据的中转，将多个设备如 PC、我们的移动小车连接起来。在旭日 X3 派上我们使用 rosbridge 作为消息中间件，讲 JSon 格式的数据与 ROS 消息格式进行相互转换。

安装 Rosbridge 可以使用 apt

sudo apt install ros-<rosdistro>-rosbridge-suite

之后启动 rosbridge-server，注意启动的地址默认为 ws://localhost:9090，如果需要修改，可以更改 launch 文件。

然后我们开始搭建我们的 web 应用，讲我们 PC 端的数据发送至我们的物联网网关，再由其处理转发后发送至 cmd_vel 话题。

完整的 html 文件如下：

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<meta charset="utf-8" />
<!-- <script type="text/javascript" src="http://static.robotwebtools.org/EventEmitter2/current/eventemitter2.min.js"></script> -->
<script src="../build/roslib.js"></script>
<style type="text/css">
    #box1{
        width: 44px;
        height:44px;
        position: absolute;
        background: lightskyblue;
    }
</style>
<script>
  // Connecting to ROS
  var ros = new ROSLIB.Ros({
    url: 'ws://localhost:12346'
  });

  var isconected=false;

  //判断是否连接成功并输出相应的提示消息到web控制台
  ros.on('connection', function() {
    isconected=true;
    console.log('Connected to websocket server.');
    subscribe();
  }); 

  ros.on('error', function(error) {
    isconected=false;
    console.log('Error connecting to websocket server: ', error);
  });

  ros.on('close', function() {
    isconected=false;
    console.log('Connection to websocket server closed.');
    unsubscribe();
  });

  // Publishing a Topic
  var cmdVel = new ROSLIB.Topic({
    ros : ros,
    name : 'turtle1/cmd_vel',
    messageType : 'geometry_msgs/Twist'
  }); 

  var twist = new ROSLIB.Message({
    linear : {
      x : 0.0,
      y : 0.0,
      z : 0.0
    },
    angular : {
      x : 0.0,
      y : 0.0,
      z : 0.0
    }
  });//创建一个message

  function control_move(direction){
    twist.linear.x = 0.0;
    twist.linear.y = 0;
    twist.linear.z = 0;
    twist.angular.x = 0;
    twist.angular.y = 0;
    twist.angular.z = 0.0;

    switch(direction){
      case 'up':
        twist.linear.x = 2.0;
        break;
      case 'down':
        twist.linear.x = -2.0;
      break;
      case 'left':
        twist.angular.z = 2.0;
      break;
      case 'right':
        twist.angular.z = -2.0;
      break;
    }
    cmdVel.publish(twist);
  }

  var timer=null;    
  function buttonmove(){    
    var oUp=document.getElementById('up');
    var oDown=document.getElementById('down');
    var oLeft=document.getElementById('left');
    var oRight=document.getElementById('right');

    oUp.onmousedown=function ()
    {
        Move('up');        
    }
    oDown.onmousedown=function ()
    {
        Move('down');        
    }

    oLeft.onmousedown=function ()
    {
        Move('left');        
    }

    oRight.onmousedown=function ()
    {
        Move('right');       
    }

    oUp.onmouseup=oDown.onmouseup=oLeft.onmouseup=oRight.onmouseup=function ()
    {
        MouseUp ();
    }      
  }


  function keymove (event) {    
    event = event || window.event;
    console.log(event.keyCode);
    switch (event.keyCode){      
        case 65:                 
            Move('left');
            break;
        case 87:              
            Move('up');
            break;
        case 68:              
            Move('right');
            break;
        case 83:
            Move('down');
            break;
        default:
            break;
    }
  }

  var MoveTime=20;

  function Move (f){
    clearInterval(timer);

    timer=setInterval(function (){          
      control_move(f)      
    },MoveTime);
  }        

  function MouseUp ()
  {
      clearInterval(timer);        
  }

  function KeyUp(event){
      MouseUp();
  }
  window.onload=function ()
  {  
        buttonmove();                
        document.onkeyup=KeyUp;
        document.onkeydown=keymove;           
        Movebox();    
  }

  // Subscribing to a Topic
  var listener = new ROSLIB.Topic({
    ros : ros,
    name : '/robot/pose',
    messageType : 'robot/Pose'
  });

  var turtle_x=0.0;
  var turtle_y=0.0;

  function subscribe()//在连接成功后，控制div的位置，
  {
     listener.subscribe(function(message) {         
       turtle_x=message.x;
       turtle_y=message.y;
       document.getElementById("output").innerHTML = ('Received message on ' + listener.name +'  x: ' + message.x+" ,y: "+message.y);
     });
  } 

  function unsubscribe()//在断开连接后，取消订阅
  {
     listener.unsubscribe();    
  }

  function Movebox ()
  {    
    var obox=document.getElementById("box1");    
    var timer=null;

    clearInterval(timer);

    timer=setInterval(function (){
      if(!isconected)
      {
        obox.style.left = '0px';
        obox.style.top = '0px';        
      } else {
        obox.style.left =Math.round(60*turtle_x)-330+"px";
        console.log(obox.style.left)
        obox.style.top =330-Math.round(60*turtle_y)+"px";
        console.log(obox.style.top)
      }
    },20);
 }

</script>
</head>
<body>

  <h1>移动机器人控制器 </h1>
  <p>需要在micro-ROS中订阅cmd_vel话题</p>

  <p>控制按键</p>
  <input type="button" value="前行" id="up">
  <input type="button" value="后退" id="down">
  <input type="button" value="左转" id="left">
  <input type="button" value="右转" id="right">

  <p>机器人位置地图</p>
  <p id = "output"></p>

  <div id="mbox" style="width:704px;height:704px;border:1px solid red;position: relative;">
    <div id="box1" style="margin-left:330px;margin-top:330px;position:absolute;" ></div>    
  </div>
</body>
</html>

web 应用主要做了以下三件事：

连接到我们旭日 X3 派的 ROS 网络
通过向 cmd_vel 话题发送 Twist 类型消息来控制机器人移动
订阅机器人的位置话题 robot/Pos

之后我们可以在浏览器里打开页面，位置地图用来显示 robot/Pos 话题的数据，也就是机器人的位置信息。可以点击按钮控制机器人的运动，也可以使用键盘 WASD 来控制移动。
web

Dokcer 镜像

将我们所做的 Docker 镜像，方便我们快速搭建我们的应用。Dockerfile 文件的编写就不过多阐述了，可以上网络上搜索相关的教程。我的 Dockerfile 文件如下，映射了我本地的文件夹，如果你需要使用 Docker 镜像可以修改一下相关的部分。

FROM --platform=arm64 ros:foxy

USER root

COPY sources.list.tsinghua /etc/apt/sources.list.tsinghua

RUN mv /etc/apt/sources.list /etc/apt/sources.list.bak \
    && mv /etc/apt/sources.list.tsinghua /etc/apt/sources.list \
    && apt update \
    && apt install -y vim xfce4 tigervnc-standalone-server fonts-wqy-zenhei net-tools \
    && apt install -y ros-foxy-rosbridge-suite \
    && source /opt/ros/foxy/setup.bash \
    && ros2 run rosbridge_server rosbridge_websocket

COPY index.html /index.html

ENV LANG=zh.CN.UTF-8

EXPOSE 5901 12345/udp 12346

VOLUME [ "/Users/han/ros2_ws" ]

ROS2 ROS2教学

原创文章作者：张珊珊。如若转载，请注明出处：古月居 http://admin.guyuehome.com/43313

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