webots和ros2筆記04-入門

在完成03-決議：https://zhangrelay.blog.csdn.net/article/details/112686566

本文通過一個移動機器人案例入門webots和ros2吧，這里以官方教程epuck為例介紹，

參考鏈接：https://github.com/cyberbotics/webots_ros2/wiki/Tutorial-E-puck-for-ROS2-Beginners

這個教程適用于仿真的epuck和真實的epuck機器人，但是這里只介紹仿真，

請務必確保webots和ros2已經配置正確，ubuntu直接參考如上鏈接，windows介紹如下：

仿真機器人

啟動如下命令：

ros2 launch webots_ros2_epuck robot_launch.py

import os
from launch.substitutions import LaunchConfiguration
from launch.actions import DeclareLaunchArgument
from launch.substitutions.path_join_substitution import PathJoinSubstitution
from launch.actions import IncludeLaunchDescription
from launch.launch_description_sources import PythonLaunchDescriptionSource
from launch import LaunchDescription
from ament_index_python.packages import get_package_share_directory


def generate_launch_description():
    package_dir = get_package_share_directory('webots_ros2_epuck')
    world = LaunchConfiguration('world')

    webots = IncludeLaunchDescription(
        PythonLaunchDescriptionSource(
            os.path.join(get_package_share_directory('webots_ros2_core'), 'launch', 'robot_launch.py')
        ),
        launch_arguments=[
            ('package', 'webots_ros2_epuck'),
            ('executable', 'driver'),
            ('world', PathJoinSubstitution([package_dir, 'worlds', world])),
        ]
    )

    return LaunchDescription([
        DeclareLaunchArgument(
            'world',
            default_value='epuck_world.wbt',
            description='Choose one of the world files from `/webots_ros2_epuck/world` directory'
        ),
        webots
    ])

簡單介紹：

通過前三課，一個案例通常包括如上一些檔案，啟動檔案都在launch中，這里提供了5種啟動模式，

如果需要加載工具等，使用如下命令：

ros2 launch webots_ros2_epuck robot_with_tools_launch.py rviz:=true

啟動robot_with_tools_launch.py其中包含robot_launch.py和的robot_tools_launch.py示例，

如果啟動真實機器人使用：

ros2 launch epuck_ros2 robot_launch.py

這里不做具體介紹，只以仿真為主！

紅外傳感器，攝像頭和LED燈布局

仿真中機器人俯視圖：

前視圖：

使用ros2 topic等工具指令可以查看主題等，

節點：

E-puck2具有8個紅外傳感器（名為ps0-7），所有這些紅外傳感器的資料型別為sensor_msgs/Range，因此，可以通過以下方法獲得與傳感器的距離：

ros2 topic echo /ps1

除紅外傳感器外，e-puck2還升級了位于攝像頭上方的ToF距離傳感器，來自該傳感器的資料也通過sensor_msgs/Range發布tof，

將所有距離傳感器組合在一起創建sensor_msgs/LaserScan，因此可以直接在SLAM軟體包中使用它：

ros2 topic echo /scan

相同的紅外傳感器充當光傳感器，在ROS2驅動程式中，來自傳感器的資料將發布為sensor_msgs/Illuminance訊息（單位為lux），可以按以下方式訂閱它：

ros2 topic echo /ls1

請注意，在上圖中，機器人周圍有8個LED正確放置，發光二極管led0，led2，led4和led6可以打開或關閉，而發光二極管led1，led3，led5和led7具有可控的RGB分量，因此，對于二進制LED，開啟指令如下：

ros2 topic pub /led1 std_msgs/Bool "{ "data": true }"

RGB為：

ros2 topic pub /led1 std_msgs/Int32 "{ "data": 0xFF0000 }"

其中Int32的低3個位元組表示R，G和B分量，

機器人LED燈發出紅光！！！

可以知道綠光和藍光指令分別如下：

更多色彩自主練習，通過可以編程實作絢麗彩燈模式，

速度控制

這個屬于ROS2老案例了，turtlesim最常用案例也是如此，注意windows指令如下：

ros2 topic pub --rate 10 /cmd_vel geometry_msgs/Twist "{linear: {x: 0.1, y: 0.0, z: 0.0}, angular: {x: 0.0, y: 0.0, z: 0.8}}"

這個效果就是：

請注意，只有linear.x和angular.z有效，這是因為e-puck2是差動輪式機器人，

攝像頭

參考上圖左上角效果！

攝像機資料和詳細資訊通過image_raw（型別sensor_msgs/Image）和camera_info（型別sensor_msgs/CameraInfo）主題發布，與物理機器人驅動程式相比，沒有sensor_msgs/CompressedImage，因為這些影像不需要通過網路傳輸的，

可以運行rqt，導航至Plugins > Visualization > Image View并選擇主題/image_raw，請注意，影像編碼是BGRA，

里程計

標準ROS2訊息nav_msgs/Odometry用于發布里程計資料，可以通過以下方式訂閱：

ros2 topic echo /odom

如果對協方差矩陣不感興趣，則可以使用--no-arr引數隱藏陣列：

ros2 topic echo --no-arr /odom

還可以在rviz中顯示里程計：

ros2 launch webots_ros2_epuck robot_tools_launch.py rviz:=true

IMU

e-puck2上有3D加速度計和3D陀螺儀硬體，可以通過imu主題（型別sensor_msgs/Imu）訪問此資料，例如：

ros2 topic echo --no-arr /imu

地面傳感器

可選模塊，參考官方教程，

坐標變換

查看如下：

ros2 topic echo tf

通常使用tf2_monitor：

ros2 run tf2_ros tf2_monitor

SLAM

ros2 launch webots_ros2_epuck robot_tools_launch.py rviz:=true mapper:=true

導航

ros2 launch webots_ros2_epuck robot_tools_launch.py rviz:=true nav:=true

校準

這部分也請參考官網，

位置估計的精度很大程度上取決于車輪之間的距離和車輪半徑，

教程：

• E-puck for ROS2 Beginners
• Create Webots Robot
• Write ROS2 Driver
  • Universal Launcher
  • Custom ROS2 Driver and Package
• Using URDF or Xacro
• Navigate TurtleBot3
• SLAM with TurtleBot3

案例：

• Wheeled robots 輪式機器人
  • E-puck
  • TIAGo
  • Khepera IV
  • TurtleBot3 Burger
  • Thymio II
• Robotic arms 機械臂
  • UR5e and IRB 4600
  • Universal Robots
  • ABB IRB4600

技術細節

• Devices
  • Robot
  • LED
  • Sensor
    • Lidar
    • Camera
    • DistanceSensor
    • IMU
    • LightSensor
• WebotsNode
• WebotsLauncher
• JointStatePublisher
• Utils