Autolabor_m2/car/ChassisM2.md

# 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。

#### 特性

- 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

## 2. 节点

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

### 2.1 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：
<div align=left>
	<img src="img/canbus_driver.png" width = 70% height = 70% />
</div>

#### 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：

<div align=left>
	<img src="img/pm1_driver.png" width = 70% height = 70% />
</div>

#### 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
```
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。



```
sudo chmod 666 /dev/ttyUSB0
```



```
<launch>

    <node name="canbus_driver" pkg="autolabor_canbus_driver" type="canbus_driver" output="screen">
        <param name="port_name" value="/dev/ttyUSB0" />
    </node>

    <node name="m2_driver" pkg="autolabor_canbus_driver" type="m2_driver" output="screen" />

      <node name="keyboard_control" pkg="autolabor_keyboard_control" type="keyboard_control_node" output="screen">
            <param name="linear_min" value="0.2" />
            <param name="linear_max" value="0.75" />
            <param name="linear_step" value="0.1" />
            <param name="angular_min" value="0.314" />
            <param name="angular_max" value="1.57" />
            <param name="angular_step" value="0.314" />
    </node>
</launch>


```



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

```
roslaunch autolabor_canbus_driver m2keyboard.launch

```