机器人控制器编程课程-教案01-初识

课程主要介绍Arduino，辅助补充ROS机器人操作系统（1&2）。有兴趣同学可以参考如下链接：

基于ROS_Arduino室内移动机器人SLAM实验测试

什么是机器人？什么是控制器？什么是编程？

什么是机器人控制器？？什么是控制器编程？？

什么是机器人控制器编程？？？

课程大纲和要求介绍，第一章1-24页。

分别介绍了起源、类型和安装并下载一个blink示例程序。

为什么选择Arduino，并介绍ROS？

Arduino IDE：

VS Code：

碎片与统一？

ROS机器人操作系统：

turtlesim：

ros2 run turtlesim turtlesim_node

ros2 topic pub /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/msg/Twist "{linear: {x: 0.0, y: 0.0, z: 0.0}, angular: {x: 0.0, y: 0.0, z: 0.2}}"

tello：

ros2 service call /tello_action tello_msgs/TelloAction "{cmd: 'takeoff'}"

ros2 service call /tello_action tello_msgs/TelloAction "{cmd: 'land'}"

ros2 topic pub /cmd_vel geometry_msgs/msg/Twist "{linear: {x: 0.0, y: 0.0, z: 0.0}, angular: {x: 0.0, y: 0.0, z: 0.2}}"

cozmo：

ros2 run cozmo_driver_ros2 cozmo_driver

ros2 topic pub /cmd_vel geometry_msgs/msg/Twist "{linear: {x: 0.0, y: 0.0, z: 0.0}, angular: {x: 0.0, y: 0.0, z: 0.2}}"

如果在windows系统出现安装驱动问题，系统找不到指定文件，解决方法参考：

• Arduino驱动安装失败解决办法——系统找不到指定文件

如果不愿意购买Arduino硬件，那么可以选用仿真完成部分实验：

• 基于Proteus的Arduino仿真

了解Arduino和ROS之后，如何将两者联系起来呢？

这里以最新版本的ROS 1 Melodic做介绍。安装对应功能包：

 sudo apt install ros-melodic-rosserial-arduino 

全部支持的串口通讯方式有：

ros-melodic-rosserial                ros-melodic-rosserial-server
ros-melodic-rosserial-arduino        ros-melodic-rosserial-server-dbgsym
ros-melodic-rosserial-client         ros-melodic-rosserial-tivac
ros-melodic-rosserial-embeddedlinux  ros-melodic-rosserial-vex-cortex
ros-melodic-rosserial-mbed           ros-melodic-rosserial-vex-v5
ros-melodic-rosserial-msgs           ros-melodic-rosserial-windows
ros-melodic-rosserial-python         ros-melodic-rosserial-xbee

安装完成后，进行环境配置：

打开Arduino IDE（本文版本为1.8.9），直接进入库管理（library Manager），在搜索框输入ros查找：

确保Rosserial Arduino Library 0.7.9安装完成。

这时候，就可以在文件File，示例Examples，自定义示例Costom中找到丰富的示例：

 打开一个示例看一看吧，Blink（ROS版本）：

/* 
 * rosserial Subscriber Example
 * Blinks an LED on callback
 */

#include <ros.h>
#include <std_msgs/Empty.h>

ros::NodeHandle  nh;

void messageCb( const std_msgs::Empty& toggle_msg){
  digitalWrite(13, HIGH-digitalRead(13));   // blink the led
}

ros::Subscriber<std_msgs::Empty> sub("toggle_led", &messageCb );

void setup()
{ 
  pinMode(13, OUTPUT);
  nh.initNode();
  nh.subscribe(sub);
}

void loop()
{  
  nh.spinOnce();
  delay(1);
}

注意串口权限问题，sudo chmod 777 /dev/ttyACM0。/dev/ttyACM0为对应串口号。

程序上传至开发版后，依次运行如下命令：

1. roscore

2. rosrun rosserial_python serial_node.py /dev/ttyACM0

使用如下命令开关LED灯：

rostopic pub toggle_led std_msgs/Empty --once

闪烁：

rostopic pub toggle_led std_msgs/Empty -r 2

/*
 * rosserial PubSub Example
 * Prints "hello world!" and toggles led
 */

#include <ros.h>
#include <std_msgs/String.h>
#include <std_msgs/Empty.h>

ros::NodeHandle  nh;


void messageCb( const std_msgs::Empty& toggle_msg){
  digitalWrite(13, HIGH-digitalRead(13));   // blink the led
}

ros::Subscriber<std_msgs::Empty> sub("toggle_led", messageCb );



std_msgs::String str_msg;
ros::Publisher chatter("chatter", &str_msg);

char hello[13] = "hello world!";

void setup()
{
  pinMode(13, OUTPUT);
  nh.initNode();
  nh.advertise(chatter);
  nh.subscribe(sub);
}

void loop()
{
  str_msg.data = hello;
  chatter.publish( &str_msg );
  nh.spinOnce();
  delay(500);
}