ROS 使用指南

簡介

ROS ( Robot Operating System, 機(jī)器人操作系統(tǒng)) ，提供一系列程序庫和工具以幫助軟件開發(fā)者創(chuàng)建機(jī)器人應(yīng)用軟件。它提供了硬件抽象、設(shè)備驅(qū)動(dòng)、函數(shù)庫、可視化工具、消息傳遞和軟件包管理等諸多功能。ROS 遵循 BSD 開源許可協(xié)議。

ROS 維基

ROS 支持版本

目前 ROS 的發(fā)布版本，官方只支持 Ubuntu Linux 等安裝，但由于在 OpenEmbedded/Yocto 框架下維護(hù)了meta-ros layer，使得我們可以將ROS集成到同樣基于 Openembedded 框架 的嵌入式Linux中運(yùn)行。

OpenEmbedded 框架提供了通用的交叉編譯環(huán)境。在此開發(fā)環(huán)境允許開發(fā)人員自己配置編譯工具鏈，編譯程序，并為其嵌入式系統(tǒng)，創(chuàng)建完整的Linux發(fā)行版。 它可通過豐富的板級(jí)支持包，以支持各種硬件架構(gòu)和嵌入式主板。

目前 ROS OpenEmbedded meta-ros Layer 有三個(gè)版本，分別支持 ROS hydro，indigo 和 kinetic 發(fā)行版本。其中 ROS indigo是支持最好的一個(gè)版本，ROC-RK3308-CC ROS 系統(tǒng)所集成的也是這個(gè)版本，同時(shí)根文件系統(tǒng)是基于的 Yocto 版本為 Rocko所構(gòu)建的。

PC 端（Ubunut主機(jī)）安裝 ROS

查看ROS所有的發(fā)行版本。目前 ROS 最新的版本，也是官方推薦的版本是 ROS Melodic Morenia 。其安裝教程官方有很詳細(xì)的介紹，需要注意的是，不同的Ubuntu版本，對應(yīng)安裝不同的 ROS 版本，例如 ROS Melodic Morenia 主要針對 Ubuntu 18.04 (Bionic) release，而 ROS Indigo Igloo 則針對 Ubuntu 14.04 LTS (Trusty) release。

由于 ROC-RK3308-CC 的 ROS 系統(tǒng)使用的是 ROS Indigo Igloo 版本，所以我們主機(jī)這里也安裝 ROS Indigo Igloo 版本進(jìn)行測試，下面的簡要安裝教程也是主要針對 Ubuntu 14.04 (ROS Indigo)，其他版本的安裝教程可到官網(wǎng)維基查詢。

平臺(tái)說明

ROS Indigo 僅僅只支持Ubuntu 13.10 (Saucy) 和 Ubuntu 14.04 (Trusty)。這里在Ubuntu 14.04系統(tǒng)上安裝ROS。

安裝步驟

配置Ubuntu倉庫

允許”restricted”，”universe”，”multiverse.”。

設(shè)置軟件源

sudo sh -c 'echo "deb http://packages.ros.org/ros/ubuntu $(lsb_release -sc) main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'

或者來自中國的源：

sudo sh -c '. /etc/lsb-release && echo "deb http://ros.exbot.net/rospackage/ros/ubuntu/ $DISTRIB_CODENAME main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'

可根據(jù)UbuntuMirrors自己選。

添加key

sudo apt-key adv --keyserver hkp://ha.pool.sks-keyservers.net:80 --recv-key 421C365BD9FF1F717815A3895523BAEEB01FA116

安裝

1、更新軟件索引：

sudo apt-get update

2、安裝：

這里推薦 Desktop-Full 安裝: ROS, rqt, rviz, robot-generic libraries, 2D/3D simulators and 2D/3D perception。

sudo apt-get install ros-indigo-desktop-full

3、初始化 rosdep：

使用ROS之前，需要初始化rosdep，以解決一些系統(tǒng)依賴問題。

sudo rosdep init rosdep update

4、環(huán)境配置

echo "source /opt/ros/indigo/setup.bash" >> ~/.bashrc source ~/.bashrc

5、推薦安裝 rosinstall，一個(gè)非常好用的命令行工具

sudo apt-get install python-rosinstall

6、測試

安裝官方的教學(xué)例子：

sudo apt-get install ros-indigo-ros-tutorials

啟動(dòng)其中一個(gè)例子：

roslaunch roscpp_tutorials talker_listener.launch

一切正常的話，你將會(huì)看到以下結(jié)果：

SUMMARY ======== PARAMETERS * /rosdistro: indigo * /rosversion: 1.11.21 NODES / listener (roscpp_tutorials/listener) talker (roscpp_tutorials/talker) ROS_MASTER_URI=http://localhost:11311 core service [/rosout] found process[listener-1]: started with pid [9520] process[talker-2]: started with pid [9521] [ INFO] [1545896255.189016471]: hello world 0 [ INFO] [1545896255.289000624]: hello world 1 [ INFO] [1545896255.388990355]: hello world 2 [ INFO] [1545896255.489031727]: hello world 3 [ INFO] [1545896255.489457481]: I heard: [hello world 3] [ INFO] [1545896255.589028597]: hello world 4 [ INFO] [1545896255.589358894]: I heard: [hello world 4]

使用教程

接下來。通過我們一個(gè)簡單的demo：firefly_controller，來闡述 ROS 系統(tǒng)的使用方式。

此 Demo 展示了如何在兩臺(tái)機(jī)器上使用ROS系統(tǒng)，詳述了使用ROS_MASTER_URI來配置多臺(tái)機(jī)器使用同一個(gè)master ，其主要功能是：

通過PC端的鍵盤，控制 ROC-RK3308-CC 主板上的兩個(gè)LED燈的亮滅

外接溫濕度傳感器，獲取當(dāng)前的溫濕度值

其中采用的溫濕度傳感器模塊是：SHT30，盛世瑞恩出產(chǎn)的一款溫濕度傳感器，基于i2c傳輸協(xié)議。代碼主要參考了ROC-RK3308-CC開發(fā)實(shí)例總結(jié)–SHT30溫濕度模塊調(diào)試。

ROC-RK3308-CC 設(shè)備端準(zhǔn)備

燒寫固件

按照《升級(jí)固件》進(jìn)入loader模式，從固件地址: ROC-RK3308-CC_Yocto_ROShttps://pan.baidu.com/s/16tzgJBa-jY0lRB_K_yvcqA下載固件，解壓，執(zhí)行命令：

sudo upgrade_tool ul MiniLoaderAll.bin && \ sudo upgrade_tool di -p parameter.txt && \ sudo upgrade_tool di -uboot uboot.img && \ sudo upgrade_tool di -trust trust.img && \ sudo upgrade_tool di -boot zboot.img && \ sudo upgrade_tool di -rootfs rootfs.img && sudo upgrade_tool rd

按照《上手教程》，給 ROC-RK3308-CC 主板上電開機(jī)，接上串口。上電后需要輸入賬號(hào)密碼進(jìn)入系統(tǒng)，輸入root即可，無需密碼。

注意：如果有溫濕度傳感器模塊SHT30，先接上模塊再上電，這里使用I2C1進(jìn)行通信，按引腳描述圖接上VCC5、GND、I2C1_SDA、I2C1_SCL即可。

初始化配置

根文件系統(tǒng)里，我們放了兩個(gè)小工具，方便配置環(huán)境：

ls /home/root setup.sh wifi.sh

首先上電開機(jī)后，先連接wifi（WiFi需要和PC主機(jī)在同一網(wǎng)段，可互相ping通），通過腳本配置，其中ssid為你的WiFi賬號(hào)，psk為你的密碼

./wifi.sh $ssid $psk

接著配置 ROS 環(huán)境，這里我們將以PC主機(jī)端為master(整個(gè)ROS運(yùn)行環(huán)境只需要一個(gè)master)，所以這里不需要啟動(dòng) roscore

source ./setup.sh $master_ip

其中master_ip是PC主機(jī)端的ip地址，這里主要配置了ROS_MASTER_URI和ROS_HOSTNAME，具體細(xì)節(jié)查看 setup.sh 腳本。

運(yùn)行 demo 節(jié)點(diǎn)

rosrun firefly_controller firefly_controller

等待 PC主機(jī)端 準(zhǔn)備好即可。

PC 端準(zhǔn)備

注意：以下操作方法使用了catkin工具，只適用于ROS Groovy及后期版本，對于ROS Fuerte及早期版本請使用rosbuild，這里不講述。

Demo 軟件包下載

Demo 軟件包下載：firefly_iot_keyboard.tar.bz2https://pan.baidu.com/s/11DojLWYYJ9uuUsmNMsWyFg

創(chuàng)建 ROS 工作空間

如果你是初次安裝 ROS，可通過catkin方式創(chuàng)建ROS工作空間：

mkdir -p ~/catkin_ws/src cd ~/catkin_ws/src

即使這個(gè)工作空間是空的（在src目錄中沒有任何軟件包，只有一個(gè)CMakeLists.txt鏈接文件），你也可以編譯它。

cd ~/catkin_ws/ catkin_make

編譯

現(xiàn)在先將下載的Demo 軟件包解壓到工作空間的src目錄：

tar -xjf firefly_iot_keyboard.tar.bz2 -C ~/catkin_ws/src/

然后編譯工作空間：

cd ~/catkin_ws/ catkin_make

執(zhí)行

分別打開兩個(gè)終端，每個(gè)終端都需要按以下操作配置。

配置當(dāng)前工作空間為ROS工作環(huán)境的最頂層：

cd ~/catkin_ws/ source devel/setup.bash

配置ROS_HOSTNAME為主機(jī)ip地址，不然設(shè)備端那邊不識(shí)別。

export ROS_HOSTNAME=$master_ip

其中一個(gè)終端運(yùn)行demo鍵盤控制節(jié)點(diǎn)：

rosrun firefly_iot_keyboard keyboard.py

另一個(gè)終端運(yùn)行demo接收節(jié)點(diǎn)

rosrun firefly_iot_keyboard receiver.py

最終效果

效果圖如下：

PC 端

注意，如果不能控制，請選中 keyboard.py 所在的終端窗口以確保你的按鍵輸入能夠被捕獲。

終端鍵盤控制：

rosrun firefly_iot_keyboard keyboard.py Reading from the keyboard and Publishing to firefly_controller! ---------------------------------------------------------------- keymap: LED: b : Blue LED ON/OFF r : Red LED ON/OFF Sensor: t : show Temperature and Humidity

當(dāng)按下r和b，將會(huì)控制設(shè)備端紅藍(lán)LED燈的亮滅，如果外接了溫濕度傳感器sht30，按下t將會(huì)獲得設(shè)備端傳過來的溫濕度值，被另一”receiver.py”所在終端接受。

終端接收：

rosrun firefly_iot_keyboard receiver.py currently: Temperature 28.607613c Humidity 49.396507%

ROC-RK3308-CC 設(shè)備端

串口效果：

root@rockchip-rk3308-evb:~# rosrun firefly_controller firefly_controller [ INFO] [1545900033.047350122]: I heard: [blue] [ INFO] [1545900034.086951914]: I heard: [red] [ INFO] [1545900035.106874956]: I heard: [sht30]

調(diào)試

使用rosnode list命令，列出活躍的節(jié)點(diǎn)：

rosnode list /firefly_base_controller /firefly_iot_keyboard /firefly_iot_receiver /rosout

可看到當(dāng)前運(yùn)行的demo，有三個(gè)節(jié)點(diǎn)在運(yùn)行：/firefly_base_controller、/firefly_iot_keyboard、/firefly_iot_receiver

通過rostopic list命令，能夠列出所有當(dāng)前訂閱和發(fā)布的話題:

rostopic list /cmd_vel /rosout /rosout_agg /temphumidity

這里可看到當(dāng)前運(yùn)行的demo有發(fā)布了兩個(gè)Topic：/temphumidity、/cmd_vel

使用命令rostopic echo可以顯示在某個(gè)話題上發(fā)布的數(shù)據(jù)：

rostopic echo /temphumidity humidity: 50.0968933105 temp: 24.1374816895 --- humidity: 51.638053894 temp: 23.3657588959 ---

使用工具rqt_graph查看當(dāng)前 ROS 系統(tǒng)運(yùn)行情況的圖形：

rosrun rqt_graph rqt_graph

這里需要事先安裝 rqt_graph ：

sudo apt-get install ros-indigo-rqt sudo apt-get install ros-indigo-rqt-common-plugins