机器人进阶学习（三）--通过键盘或者利用rostopic 发布话题控制机器人运动

**准备：
ROS键盘包：teleop_twist_keyboard
ROS串口通讯包：serial**

cd ~/catkin_ws/src
git clone https://github.com/Forrest-Z/teleop_twist_keyboard.git
git clone https://github.com/Forrest-Z/serial.git
catkin_make

在上位机上搭建一个控制器：
新建 base_controller ROS 包：

$ cd ~/catkin_ws/src
$ catkin_create_pkg base_controller roscpp

在新建好的ROS包文件夹下新建一个“src”的文件夹，然后进入该文件夹，新建一个base_controller.cpp文件，将本博文最后提供的代码粘贴进去:

$ cd catkin_ws/src/base_controller
$ mkdir src 
$ touch src/base_controller.cpp
$ vim src/base_controller.cpp

base_control.cpp代码如下：
/******************************************************************
基于串口通信的ROS小车基础控制器，功能如下：
1.实现ros控制数据通过固定的格式和串口通信，从而达到控制小车的移动
2.订阅了/cmd_vel主题，只要向该主题发布消息，就能实现对控制小车的移动
3.发布里程计主题/odm串口通信说明：
1.写入串口
（1）内容：左右轮速度，单位为mm/s
（2）格式：１０字节,[右轮速度４字节][左轮速度４字节][结束符"\r\n"２字节]
2.读取串口
（1）内容：小车x,y坐标，方向角，线速度，角速度，单位依次为：mm,mm,rad,mm/s,rad/s
（2）格式：２１字节，[Ｘ坐标４字节][Ｙ坐标４字节][方向角４字节][线速度４字节][角速度４字节][结束符"\n"１字节]
*******************************************************************/
#include "ros/ros.h"  //ros需要的头文件
#include 
#include 
#include 
//以下为串口通讯需要的头文件
#include         
#include 
#include 
#include 
#include 
#include "serial/serial.h"
/****************************************************************************/
using std::string;
using std::exception;
using std::cout;
using std::cerr;
using std::endl;
using std::vector;
/*****************************************************************************/
float ratio = 1000.0f ;   //转速转换比例，执行速度调整比例
float D = 0.2680859f ;    //两轮间距，单位是m
float linear_temp=0,angular_temp=0;//暂存的线速度和角速度
/****************************************************/
unsigned char data_terminal0=0x0d;  //“/r"字符
unsigned char data_terminal1=0x0a;  //“/n"字符
unsigned char speed_data[10]={0};   //要发给串口的数据
string rec_buffer;  //串口数据接收变量//发送给下位机的左右轮速度，里程计的坐标和方向
union floatData //union的作用为实现char数组和float之间的转换
{float d;unsigned char data[4];
}right_speed_data,left_speed_data,position_x,position_y,oriention,vel_linear,vel_angular;
/************************************************************/
void callback(const geometry_msgs::Twist & cmd_input)//订阅/cmd_vel主题回调函数
{string port("/dev/ttyUSB0");    //小车串口号unsigned long baud = 115200;    //小车串口波特率serial::Serial my_serial(port, baud, serial::Timeout::simpleTimeout(1000)); //配置串口angular_temp = cmd_input.angular.z ;//获取/cmd_vel的角速度,rad/slinear_temp = cmd_input.linear.x ;//获取/cmd_vel的线速度.m/s//将转换好的小车速度分量为左右轮速度left_speed_data.d = linear_temp - 0.5f*angular_temp*D ;right_speed_data.d = linear_temp + 0.5f*angular_temp*D ;//存入数据到要发布的左右轮速度消息left_speed_data.d*=ratio;   //放大１０００倍，mm/sright_speed_data.d*=ratio;//放大１０００倍，mm/sfor(int i=0;i<4;i++)    //将左右轮速度存入数组中发送给串口{speed_data[i]=right_speed_data.data[i];speed_data[i+4]=left_speed_data.data[i];}//在写入串口的左右轮速度数据后加入”/r/n“speed_data[8]=data_terminal0;speed_data[9]=data_terminal1;//写入数据到串口my_serial.write(speed_data,10);
}int main(int argc, char **argv)
{string port("/dev/ttyUSB0");//小车串口号unsigned long baud = 115200;//小车串口波特率serial::Serial my_serial(port, baud, serial::Timeout::simpleTimeout(1000));//配置串口ros::init(argc, argv, "base_controller");//初始化串口节点ros::NodeHandle n;  //定义节点进程句柄ros::Subscriber sub = n.subscribe("cmd_vel", 20, callback); //订阅/cmd_vel主题ros::Publisher odom_pub= n.advertise("odom", 20); //定义要发布/odom主题static tf::TransformBroadcaster odom_broadcaster;//定义tf对象geometry_msgs::TransformStamped odom_trans;//创建一个tf发布需要使用的TransformStamped类型消息nav_msgs::Odometry odom;//定义里程计对象geometry_msgs::Quaternion odom_quat; //四元数变量//定义covariance矩阵，作用为解决文职和速度的不同测量的不确定性float covariance[36] = {0.01,   0,    0,     0,     0,     0,  // covariance on gps_x0,  0.01, 0,     0,     0,     0,  // covariance on gps_y0,  0,    99999, 0,     0,     0,  // covariance on gps_z0,  0,    0,     99999, 0,     0,  // large covariance on rot x0,  0,    0,     0,     99999, 0,  // large covariance on rot y0,  0,    0,     0,     0,     0.01};  // large covariance on rot z //载入covariance矩阵for(int i = 0; i < 36; i++){odom.pose.covariance[i] = covariance[i];;}       ros::Rate loop_rate(10);//设置周期休眠时间while(ros::ok()){rec_buffer =my_serial.readline(25,"\n");    //获取串口发送来的数据const char *receive_data=rec_buffer.data(); //保存串口发送来的数据if(rec_buffer.length()==21) //串口接收的数据长度正确就处理并发布里程计数据消息{for(int i=0;i<4;i++)//提取X，Y坐标，方向，线速度，角速度{position_x.data[i]=receive_data[i];position_y.data[i]=receive_data[i+4];oriention.data[i]=receive_data[i+8];vel_linear.data[i]=receive_data[i+12];vel_angular.data[i]=receive_data[i+16];}//将X，Y坐标，线速度缩小1000倍position_x.d/=1000; //mposition_y.d/=1000; //mvel_linear.d/=1000; //m/s//里程计的偏航角需要转换成四元数才能发布odom_quat = tf::createQuaternionMsgFromYaw(oriention.d);//将偏航角转换成四元数//载入坐标（tf）变换时间戳odom_trans.header.stamp = ros::Time::now();//发布坐标变换的父子坐标系odom_trans.header.frame_id = "odom";     odom_trans.child_frame_id = "base_footprint";       //tf位置数据：x,y,z,方向odom_trans.transform.translation.x = position_x.d;odom_trans.transform.translation.y = position_y.d;odom_trans.transform.translation.z = 0.0;odom_trans.transform.rotation = odom_quat;        //发布tf坐标变化odom_broadcaster.sendTransform(odom_trans);//载入里程计时间戳odom.header.stamp = ros::Time::now(); //里程计的父子坐标系odom.header.frame_id = "odom";odom.child_frame_id = "base_footprint";       //里程计位置数据：x,y,z,方向odom.pose.pose.position.x = position_x.d;     odom.pose.pose.position.y = position_y.d;odom.pose.pose.position.z = 0.0;odom.pose.pose.orientation = odom_quat;       //载入线速度和角速度odom.twist.twist.linear.x = vel_linear.d;//odom.twist.twist.linear.y = odom_vy;odom.twist.twist.angular.z = vel_angular.d;    //发布里程计odom_pub.publish(odom);ros::spinOnce();//周期执行loop_rate.sleep();//周期休眠}//程序周期性调用//ros::spinOnce();  //callback函数必须处理所有问题时，才可以用到}return 0;
}

然后修改一下 CMakeLists.txt ：

find_package(catkin REQUIRED COMPONENTSroscpprospystd_msgsmessage_generationserialtfnav_msgs
)
catkin_package(
#  INCLUDE_DIRS include
#  LIBRARIES base_controllerCATKIN_DEPENDS roscpp rospy std_msgs
#  DEPENDS system_lib
)
include_directories(${catkin_INCLUDE_DIRS}${serial_INCLUDE_DIRS}
)
add_executable(base_controller src/base_controller.cpp)
target_link_libraries(base_controller ${catkin_LIBRARIES})

catkin_make

控制原理

当我们按下键盘时，teleop_twist_keyboard 包会发布 /cmd_vel 主题发布速度我们在 base_controller 节点订阅这个话题，接收速度数据，在转换成与底盘通信的格式，然后写入串口我们在 base_controller 节点读取底盘向串口发来的里程计数据，然后进行处理再将里程计发布出去，同时更新tf当小车底盘接收到串口发来的速度后，就控制电机运转，从而实现键盘控制小车的移动

在终端下执行：

$ roscore 
$ rosrun teleop_twist_keyboard teleop_twist_keyboard.py
$ rosrun base_controller base_controller

如果连接失败，可以查看串口，这里默认ttyUSB0,使用
chmod 指令使用要小心，空格不要多加，不然可能重装系统！

sudo chmod 666 /dev/ttyUSB0 

参考资料：http://www.ncnynl.com/archives/201703/1418.html

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