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基于Rtab_map的輪速機器人自動導航(3)——機器人的指令控制

rtab_map可以基于雙目/RGB-D相機生成稠密點雲地圖,并基于此生成可生成用于導航的機率栅格地圖。而ROS中的Navigation包中的move_base子產品內建了常用的機器人全局和局部路徑規劃算法,如A*、Dijkstra、動态視窗等。我們以RTAB_MAP和move_base作為基礎,導航生成規劃速度指令,以/cmd_vel話題的形式釋出。本文的重點在于,如何訂閱/cmd_ve話題,并提取其中的線速度和角速度資訊,釋出到輪速機器人底盤控制機器人按照規劃的軌迹運動。

一、cmd_vel話題解析

在ros中查閱/cmd_vel話題的相關資訊如下,其消息格式包括線速度和角速度。如下圖坐标系所示,二維導航輸出結果包含的有效資訊實則包括linear.x (x方向線速度)和linear.y(y方向線速度)以及angular.z(繞z軸角速度),其中線速度的機關為m/s,并且通常linear.y為0;角速度的機關為rad/s,正表示逆時針,負表示順時針。

基于Rtab_map的輪速機器人自動導航(3)——機器人的指令控制
基于Rtab_map的輪速機器人自動導航(3)——機器人的指令控制
基于Rtab_map的輪速機器人自動導航(3)——機器人的指令控制

一個實際的例子,如下圖所示。

基于Rtab_map的輪速機器人自動導航(3)——機器人的指令控制

二.、角速度和線速度轉化為左右車輪速

首先左、右輪的轉速決定了前進的速度和方向,當角速度為0時,左右輪速一樣,其值為

V_r=V_l=V_cen=(V_cur/V_max)*400
           

其中400為我自身幀格式定義的,0~400對應着轉速0-100%。

當左右輪速有差時,對應會産生角速度,轉向。理論上是有公式計算的,但會有偏差,是以采用實際測量拟合的方式。記錄車轉向pi/2、pi、3/2pi、2pi時經過的時間和左右輪速差, 拟合得到系數

r=((pi/2)/dev_t)*deta_pi
           

那麼,角速度不為0時,左右輪速值為;

V_r=V_cen+W_cur*t*r
                          V_l=V_cen-W_cur*t*r
           

其中t為cmd_vel指令更新的時間間隔,在我的算法中,用

rostopic hz /cmd_vel

指令檢視頻率後,近似取為1.25。

三、輪速指令的傳輸

訂閱ROS中的cmd_vel話題後,可通過相關轉化得到左右車輪的輪速,但是控制端隻能通過序列槽輸出,而輪速機器人一般CAN總線控制,是以還需要打通通信鍊路。

本人的現有的狀态是,建圖導航、cmd_vel話題解析這相關動作都是在ubuntu16.04的PC端完成,而機器人隻接受CAN通信協定的指令輸入。考慮到有兩種選擇,一是PC端通過CAN卡,将序列槽協定轉化為CAN協定;而是采用STM32作為中轉,利用其內建的CNA接口輸出指令帶CAN總線上。另外由于手上現有的CAN卡為單通道,為毫米波雷達所用,是以采取方案2。

接下來就是調試整個通信鍊路。

首先PC端序列槽發送包含左、右輪速資訊的消息,STM32開發序列槽1接收消息,這一步很順利的調試通過。

緊接着需要STM32接收到指令消息後通過CNA接口發送給機器人,這一步就很坑了。我們手上的開發闆沒有引出CNA接口,并且沒有CAN總線電平的發送和接收電路。觀察發現開發闆序列槽2有引出RS485的接口,糾結一番後淘寶購入RS485轉CAN的轉換頭。RS485轉CAN的轉換頭有一個好處是其支援透傳和格式轉發,不需要完全掌握CAN總線的基礎知識,即可完成can通信。利用賣家贈送的配置軟體配置can總線的波特率、發送間隔等參數後,可順利通過485端發送指令控制機器人運動。

轉接頭調試成功後,将其接到序列槽2的輸出端,然後将轉接頭CAN輸出端接到車的控制總線上。緊接着調試整個控制流程,此處遇到一個小坑,RS485是半雙工通信,不能同時收發,需要一個端口控制收發模式的切換。我的開發闆序列槽2輸出是PA2和PA3端口,控制是PB3,但是PB3同時是JTAG接口,需要禁用JTAG功能後再複用,不然無法成功切換模式。

最後,序列槽1和PC連接配接,PC發送指令,序列槽1接收到後通過序列槽2(RS485接口)發送到RS485轉CAN的轉換頭,轉換頭的CAN輸出接到機器人控制端,成功實作指令控制。