diff --git a/car/ChassisM2.md b/car/ChassisM2.md index 491bf5e..797a5bc 100644 --- a/car/ChassisM2.md +++ b/car/ChassisM2.md @@ -1,345 +1,117 @@ # Autolabor ROS 驱动模块 -## 1. 介绍 -Autolabor ROS驱动模块包含**CANBus驱动**和**Autolabor CAN系列(PM1/M2) 底盘驱动**，其主要功能包括与Autolabor_CANbus模块通信，并通过线速度和角速度控制Autolabor Can系列底盘行驶。 +## 1. 介绍 -#### 特性 +Autolabor ROS驱动模块包括**CANBus驱动**和**Autolabor CAN系列(PM1/M2) 底盘驱动**，主要用于实现与Autolabor_CANbus模块的通信，并通过线速度和角速度来控制Autolabor CAN系列底盘的行驶。该模块提供了全面的底盘控制策略和状态反馈机制，使得底盘的操作既直观又高效。 -- 可直接获取CANBus网络内数据，并通过CAN指令控制车辆 - - 获取动力轮编码器原始数值 - - 获取转向轮编码器原始数值 - - 分别控制动力轮的转速 - - 控制转向轮的绝对转向角度 -- 可通过线速度与角速度控制移动底盘，无需单独控制后轮转向 -- 提供实时机器人底盘位置信息，方便闭环控制 -- 双动力轮电子差速控制，保证机器人在行驶过程中始终满足阿克曼原理 -- 根据后轮转向优化车辆运动速度，在保证车辆在行驶精度前提下，确保车辆行驶的流畅性 +### 特性 -## 2. 节点 +- **CANBus数据获取和控制**: 直接从CANBus网络获取数据并通过CAN指令控制车辆。能够获取动力轮和转向轮编码器的原始数值，并独立控制动力轮的转速及转向轮的绝对转向角度。 +- **高级速度控制**: 通过线速度和角速度直接控制移动底盘，无需单独控制后轮转向。这一特性简化了驱动操作并增强了操作的直观性。 +- **实时位置信息**: 提供实时的机器人底盘位置信息，便于进行闭环控制，确保导航和定位的精确性。 +- **电子差速控制**: 采用双动力轮电子差速控制，保证机器人在行驶过程中始终满足阿克曼原理，从而提高行驶稳定性和精度。 +- **运动优化**: 根据后轮转向动态优化车辆的运动速度，确保在维持行驶精度的前提下，提升车辆行驶的流畅性。 +- **驻车和急停控制**: 驱动包括了高级的驻车和急停特性，能够在紧急情况下快速响应，立即停车，保障操作安全。 +- **电量反馈和状态监控**: 驱动能够实时监控底盘的电量状态，并反馈至ROS系统，同时持续监控底盘各部件的状态，及时报告任何异常情况，确保系统的可靠运行。 -大多数情况下，不需要修改驱动参数，只配置底盘所链接的串口即可，可直接按照 章节 3 ROS 使用说明即可 +## 2. 编译与安装 -### 2.1 canbus_driver - -该节点提供与底层AutoCan的通讯，将CAN网络中的数据进行解析并发布至canbus_msg话题中，并开启canbus_server服务，提供其他节点调用，用以发送CAN指令到CAN网络中。 - -该节点的结构如图所示： -
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- -#### 2.1.1 订阅话题 - -无 - -#### 2.1.2 发布话题 -/canbus_msg ([autolabor_canbus_driver/CanBusMessage](doc/CanBusMessage)) -~~~ -将底层CAN网络中的数据发布在ROS话题中，提供其他节点读取 -~~~ - -#### 2.1.3 服务 -/canbus_server ([autolabor_canbus_driver/CanBusService](doc/CanBusService)) -~~~ -提供其他节点调用，用于往底层CAN网络中发布指令 -~~~ - -#### 2.1.4 参数 -~port_name (str, default: /dev/ttyUSB0) - -~~~ -CANBus串口端口名 -~~~ - -~baud_rate (int, default: 115200) -~~~ -CANBus串口波特率 -~~~ - -~parse_rate (int, default: 100) -~~~ -数据解析器从串口获取新数据的频率 -~~~ - -### 2.2 M2底盘驱动 - -此节点主要用于接收用户发送的速度信息，控制转向轮转动，并根据后轮当前角度结合阿克曼模型优化求解动力轮的转动速度，控制移动底盘进行移动，同时根据动力轮编码器的反馈，输出轮速里程计信息。 - -该节点结构如下： - -
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- -#### 2.2.1 订阅话题 - -/cmd_vel ([geometry_msgs/Twist](http://docs.ros.org/api/geometry_msgs/html/msg/Twist.html)) - -``` -外部节点发送的速度信息 -``` - -/canbus_msg ([autolabor_canbus_driver/CanBusMessage](doc/CanBusMessage)) - -``` -由canbus_driver发送的底层CANBus消息，其中包含转向轮当前绝对编码器以及动力轮的编码器信息 -``` - -#### 2.2.2 发布话题 - -/odom ([nav_msgs/Odometry](http://docs.ros.org/api/nav_msgs/html/msg/Odometry.html)) - -``` -根据动力轮以及转向轮的编码器信息，依据车辆运动模型，计算出的轮速里程计信息 -``` - -/wheel_angle ([std_msgs/Float64](http://docs.ros.org/api/std_msgs/html/msg/Float64.html)) - -``` -转向轮实时绝对转角，单位rad -``` - -/left_wheel_vel ([std_msgs/Float64](http://docs.ros.org/api/std_msgs/html/msg/Float64.html)) - -``` -左轮转速，单位m/s。如果需要获得编码器读取的原始转速，只需要将轮速除以车轮半径0.16m即可。 -``` - -/right_wheel_vel ([std_msgs/Float64](http://docs.ros.org/api/std_msgs/html/msg/Float64.html)) - -``` -右轮转速，单位m/s。如果需要获得编码器读取的原始转速，只需要将轮速除以车轮半径0.16m即可。 -``` - - -#### 2.2.3 服务 - -/reset_odom ([std_srvs::Empty](http://docs.ros.org/api/std_srvs/html/srv/Empty.html)) - -~~~ -里程计清零，将里程计的原点放置在执行指令的位置 -~~~ - - - -#### 2.2.4 参数 - -~odom_frame (str, default: odom) - -``` -里程计坐标系名称 -``` - -~base_frame (str, default: base_link) - -``` -移动底盘坐标系名称 -``` - -~ecu_left_id (int, default: 0) - -``` -左侧动力单元的CAN节点编号（出厂已设置好，无需修改） -``` - -~ecu_right_id (int, default: 1) - -``` -右侧动力单元的CAN节点编号（出厂已设置好，无需修改） -``` - -~tcu_id (int, default: 0) - -``` -转向单元的CAN节点编号（出厂已设置好，无需修改） -``` - -~rate (int, default: 10) - -``` -速度控制以及里程计更新频率，单位 Hz -``` - -~reduction_ratio (double, default: 20.0) - -``` -动力单元编码器与车轮转速比例(和机械结构相关，无需修改) -``` - -~encoder_resolution (double, default: 1600.0) - -``` -动力单元编码器转动一圈产生的脉冲数(与编码器参数相关，无需修改) -``` - -~wheel_diameter (double, default: 0.211) - -``` -动力轮车轮直径，单位 m -``` - -~wheel_spacing (double, default: 0.412) - -``` -动力轮轮间距(两个动力轮中心之间的距离)，单位 m -``` - -~shaft_spacing (double, default: 0.324) - -``` -前后轮轴间距(转向轮中心到动力轮连线的距离)，单位 m -``` - -~max_speed (double, default: 2.0) - -``` -机器人底盘直线行驶最大速度，单位 m/s -``` - -~twist_timeout (double, default: 1.0) - -``` -速度控制超时时间，底盘的保护策略，最近一次的速度控制信息距当前时间超过这个时间，则强制移动底盘停止，单位 s -``` - -~optimize_limit (double, default: 0.785) - -``` -底盘行驶控制优化参数，用于设置底盘控制流畅程度，可设置范围为[0,PI/2]，值越小表示执行越精确，但行驶流畅程度越低;值越大表示执行流畅程度越高，但精确度越低（如果没有特殊需求，一般保持默认值） -``` - -~smooth_coefficient (double, default: 0.1) - -``` -底盘行驶控制平滑参数，用于设置底盘速度变化平滑程度，可设置范围为(0,1]，其中值越小表示速度变化越平缓；反之速度变化越剧烈。值为1时，表示对速度信息不进行平滑处理 -``` - -~publish_tf (bool, default: true) - -``` -设置是否发布odom->base_link的TF转换 -``` - -#### 2.2.5 TF转换信息 - -odom -> base_link - -``` -提供车体坐标系与里程计坐标系间转换关系 -``` - -## 3 ROS使用说明 - -### 3.1 底盘连接 - -将M2的串口线插入笔记本电脑或工控机，打开底盘电源和急停开关 - -打开Terminal输入 - -``` -ll /dev/ttyUSB* -``` -查看是否有设备列表，如果没有设备，请检查底盘与电脑的连接情况，如果设备多于一个，请通过拔插其他传感器设备，确定底盘的对应的设备节点名，假设节点名为 /dev/ttyUSB0。 - -### 3.2 源码编译与执行 - -获取源码 - -联系商务人员获得底盘源代码 - - - -安装编译工具 -``` -sudo apt-get install python3-catkin-tools -``` - -引入ROS环境变量 -``` +### 2.1 引入ROS环境变量 +在启动ROS相关程序前，确保ROS环境变量已经正确配置。在终端执行以下命令以导入环境变量： +```bash source /opt/ros/noetic/setup.bash ``` -将源代码复制到工作空间 src 目录下 - -包含两个目录 - -autolabor_m2_ros_driver - -autolabor_keyboard_control - -进入工作空间源代码目录 - - - -修改 launch 文件(autolabor_canbus_driver/launch/m2keyboard.launch )中的底盘串口地址 - -将 port_name 项的值，修改为您的底盘串口地址。 - -可通过 ls /dev/ttyUSB* 查找。 - -建议您设定 udev 规则，将其设定成固定名字，以防止串口地址变化 - -关于串口 udev 规则的修改，可参考 - -http://www.autolabor.com.cn/usedoc/navigationKit2/common/q_a/doc1#1 - -章节 7. （接上问）“ 我就想换台计算机，然后把设备用起来，那我该怎么办？” - - - -确保您的串口已经增加了当前用户的操作权限，可通过以下命令实现。 - - - -``` +### 2.2 添加串口权限或配置udev规则 +为确保程序可以正常访问底盘的串口，需要给予相应的权限。可以通过以下命令临时赋予权限： +```bash sudo chmod 666 /dev/ttyUSB0 ``` +或者设置udev规则，为串口设定固定的设备名称，详情参见[Autolabor官方文档](http://www.autolabor.com.cn/usedoc/navigationKit2/common/q_a/doc1#1)。 - - -``` - - - - - - - - - - - - - - - - - - - +### 2.3 修改launch文件 +在启动底盘前，需要在launch文件中指定正确的串口地址。编辑`m2keyboard.launch`文件，确保`port_name`的值反映了当前设备的串口地址： +```xml + ``` - - -cd ~/catkin_ws/src - - -编译源代码 -``` -catkin build -``` - -引入环境变量 - -``` -source ~/catkin_ws/devel/setup.bash -``` - -启动底盘键盘控制 - -注意需要在桌面环境下的控制台运行，远程 SSH 没有桌面环境会因无法找到 X11Server 报错 - -``` +### 2.4 启动launch +编译并加载ROS工作环境后，使用以下命令启动底盘： +```bash roslaunch autolabor_canbus_driver m2keyboard.launch +``` +确保在图形界面的终端运行以避免X11Server相关的错误。 -``` \ No newline at end of file + +## 3. 节点使用详细信息 + +### 3.1 启动launch +完成配置后，通过`roslaunch`命令启动底盘控制程序。这将激活包括底盘驱动、键盘控制以及其他必要节点。确保在图形用户界面的终端中运行此命令，以避免遇到X11Server相关的错误。 + +### 3.2 控制运动 + +#### a. 键盘控制 +运行键盘控制节点后，使用键盘上的指令控制底盘前进、后退、左转和右转。观察RViz中的`base_link`是否根据指令正确移动。此外，监测各轮的运动是否平滑且响应及时。 + +#### b. cmd_vel vs ackerman_vel +- **`cmd_vel`（标准速度控制）**: + 使用`geometry_msgs/Twist`消息类型发送线速度和角速度指令，控制底盘的整体移动方向和速度。 + +- **`ackerman_vel`（阿克曼转向速度控制）**: + 除了标准的线速度和角速度外，额外控制前轮的转角，适用于需要精确转向控制的场景。 + +### 3.3 使用rqt_gui工具发送指令和服务 + +#### a. 发送控制指令 +通过`rqt_gui`发送以下指令： +- **紧急停车** (`/emergency_stop`): 立即停止底盘运动。 +- **刹车** (`/brake_set`): 控制底盘的刹车系统。 +- **里程计清零** (`/reset_odom`): 重置底盘的里程计数据。 +- **转向中心对齐** (`/steer_center_bias`): 调整转向轮的中心位置。 + +#### b. 调用服务节点 +- **查询底盘参数** (`/chassis_parameter`): 获取或设置底盘的配置参数，如轮间距、轮直径等。 + +#### c. 绘图监听 +使用rqt的绘图功能来实时监控和分析以下数据： +- **前轮转角** (`/wheel_angle`): 显示实时转向角度。 +- **左右轮速度** (`/left_wheel_vel`, `/right_wheel_vel`): 监控各动力轮的速度。 + +#### d. 话题查看 +关注以下话题以获取底盘状态和电量信息： +- **车辆状态** (`/chassis_info`): 提供底盘的详细状态，如电量、温度等。 +- **电量信息** (`/chassis_monitor`): 监测底盘的电池电量和健康状态。 + +### 3.4 参数说明 +在底盘驱动的配置中，可以通过设置以下参数来定制驱动的行为和性能： + +- **`odom_frame`**: 用于发布里程计信息的坐标系名称，默认为`"odom"`。这是底盘位置信息的参考坐标系。 +- **`base_frame`**: 底盘的基础坐标系名称，默认为`"base_link"`。这是底盘上各个组件和传感器的相对参考点。 +- **`poller_rate_hz`**: 设置查询CAN总线信息的频率，单位是赫兹（Hz），默认为1Hz。这影响电量及状态数据更新的实时性。 +- **`publish_tf`**: 是否发布TF变换数据，布尔值，用于控制是否在ROS网络中发布从`odom`到`base_link`的转换，默认关闭。 + +### 3.5 话题订阅与发布 +#### 订阅话题 +底盘驱动节点订阅以下话题，以接收外部控制命令和系统指令： + +- **`/cmd_vel`** (`geometry_msgs/Twist`): 接收标凈的速度指令，控制底盘的线速度和角速度。 +- **`/ackerman_vel`** (`geometry_msgs/Twist`): 接收针对阿克曼转向系统的速度和转向角度指令。 +- **`/steer_center_bias`** (`std_msgs/Float64`): 接收用于调整转向中心的偏置值，用于微调转向准确性。 +- **`/brake_set`** (`std_msgs/Bool`): 接收制动指令，用于控制底盘的停止和启动。 +- **`/reset_odom`** (`std_msgs/Empty`): 接收里程计重置指令，用于归零里程计数据。 +- **`/emergency_stop`** (`std_msgs/Bool`): 接收紧急停车指令，用于立即停止所有底盘运动。 + +#### 发布话题 +底盘驱动节点发布以下话题，提供底盘的状态信息和运动反馈： + +- **`/odom`** (`nav_msgs/Odometry`): 发布底盘的里程计信息，包括位置和速度。 +- **`/chassis_info`** (`autolabor_canbus_driver/ChassisStatusInfo`): 发布底盘的状态信息，如电量、温度等。 +- **`/chassis_monitor`** (`autolabor_canbus_driver/ChassisMonitorInfo`): 发布底盘的监控信息，提供实时的健康状况和性能数据。 +- **`/wheel_angle`** (`std_msgs/Float64`): 发布当前前轮的转角，单位为弧度。 +- **`/left_wheel_vel`** (`std_msgs/Float64`): 发布左轮的速度，单位为米/秒。 +- **`/right_wheel_vel`** (`std_msgs/Float64`): 发布右轮的速度，单位为米/秒。 + +### 3.6 服务节点 +底盘驱动提供以下ROS服务以支持参数查询和配置： + +- **`/chassis_parameter`** (`autolabor_canbus_driver/ChassisParameterServer`): 这个服务端点用于查询或设置底盘的参数。如果参数已经设置，则返回当前参数；如果未设置，则返回失败。这使得用户可以动态地调整底盘配置，以适应不同的工作条件和需求。 \ No newline at end of file