授課老師：連國云項(xiàng)目12：智能機(jī)器人行走《智能機(jī)器人技術(shù)》課程任務(wù)要求知識(shí)導(dǎo)入任務(wù)實(shí)施任務(wù)評(píng)價(jià)在PC電腦端控制智能機(jī)器人以0.3米為半徑做圓周轉(zhuǎn)動(dòng)。任務(wù)要求知識(shí)導(dǎo)入任務(wù)實(shí)施任務(wù)評(píng)價(jià)智能機(jī)器人的組成在機(jī)器人的發(fā)展歷程上，機(jī)器人主要是一種自動(dòng)化裝備，其功能的實(shí)現(xiàn)主要是通過人類事先編制好工作程序完成特定的功能。隨著人工智能技術(shù)的成熟，在傳統(tǒng)機(jī)器人的基礎(chǔ)上，將智能技術(shù)與機(jī)器人技術(shù)相結(jié)合，產(chǎn)生了智能機(jī)器人。此外智能機(jī)器人的感知系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的傳感器有了本質(zhì)的區(qū)別，具有了更接近于人類的感知系統(tǒng)，也為智能機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自主智能控制提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。任務(wù)要求知識(shí)導(dǎo)入任務(wù)實(shí)施任務(wù)評(píng)價(jià)智能機(jī)器人的組成任務(wù)要求知識(shí)導(dǎo)入任務(wù)實(shí)施任務(wù)評(píng)價(jià)智能機(jī)器人的組成這款智能機(jī)器人的動(dòng)力來源采用的是VKESSM-A2系列伺服驅(qū)動(dòng)單元，該驅(qū)動(dòng)單元具有的具有體積小、簡單易用、擴(kuò)展靈活等特點(diǎn)該智能機(jī)器人采用的運(yùn)動(dòng)控制器是VKESRC。VKESRC控制器的主芯片采用的是STM32F7系列，開發(fā)環(huán)境是ArduinoIDE，界面非常友善該智能機(jī)器人中配置了160度魚眼攝像頭模組，輸出圖像的分別率最高可達(dá)1080p，輸出針對最高可達(dá)60幀，非常適合運(yùn)用在智能機(jī)器人上做圖像識(shí)別等應(yīng)用任務(wù)要求知識(shí)導(dǎo)入任務(wù)實(shí)施任務(wù)評(píng)價(jià)智能機(jī)器人的組成該智能機(jī)器人中配置了EAI公司的YDLidarX2激光雷達(dá)，它采用基于三角測距原理，并配以相關(guān)光學(xué)、電學(xué)、算法設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)高頻高精度的距離測量，可以實(shí)現(xiàn)360°掃描測距該智能機(jī)器人采用的內(nèi)部傳感器主要是編碼器，通過檢測機(jī)器人兩個(gè)主動(dòng)輪單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)，檢測機(jī)器人的速度、角度、里程等信息，可以作為機(jī)器人的里程計(jì)。編碼器采用霍爾傳感器，體積小，可直接安裝到電機(jī)上，信號(hào)連接到主控板的編碼器接口該智能機(jī)器人采用了分布式控制系統(tǒng)，機(jī)載控制器和PC均安裝了ROS系統(tǒng)任務(wù)要求知識(shí)導(dǎo)入任務(wù)實(shí)施任務(wù)評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)控制智能機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)是通過主控制器和運(yùn)動(dòng)控制相結(jié)合實(shí)現(xiàn)的，主控制器相當(dāng)于一臺(tái)計(jì)算機(jī)，負(fù)責(zé)計(jì)算與功能應(yīng)用，運(yùn)動(dòng)控制負(fù)責(zé)機(jī)器人底盤的移動(dòng)響應(yīng)，主控制器與運(yùn)動(dòng)控制之間通過串口通信的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)要求知識(shí)導(dǎo)入任務(wù)實(shí)施任務(wù)評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)控制智能機(jī)器人的控制系統(tǒng)采用“分布式+上下位機(jī)”的控制系統(tǒng)架構(gòu)，其中PC與智能機(jī)器人的RaspberryPi4主控制器構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)，在這一分布式控制系統(tǒng)中，PC和RaspberryPi4之間是通過WiFi進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；智能機(jī)器人的RaspberryPi4主控制器與VKESRC運(yùn)動(dòng)控制板之間是通過串口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的任務(wù)要求知識(shí)導(dǎo)入任務(wù)實(shí)施任務(wù)評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)控制任務(wù)要求知識(shí)導(dǎo)入任務(wù)實(shí)施任務(wù)評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)控制智能機(jī)器人的RaspberryPi4主控制器與VKESRC運(yùn)動(dòng)控制板之間是通過串口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，在ROS系統(tǒng)中需要對主控制器的串口進(jìn)行控制，ROS系統(tǒng)中提供了rosserial協(xié)議實(shí)現(xiàn)對串口的相關(guān)操作任務(wù)要求知識(shí)導(dǎo)入任務(wù)實(shí)施任務(wù)評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)控制rosserial，它是用于非ROS設(shè)備與ROS設(shè)備進(jìn)行通信的一種協(xié)議。它為非ROS設(shè)備的應(yīng)用程序提供了ROS節(jié)點(diǎn)和服務(wù)的發(fā)布/訂閱功能，使在非ROS環(huán)境中運(yùn)行的應(yīng)用能夠通過串口或網(wǎng)絡(luò)能夠輕松地與ROS應(yīng)用進(jìn)行數(shù)據(jù)交互任務(wù)要求知識(shí)導(dǎo)入任務(wù)實(shí)施任務(wù)評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)控制rosserial分為客戶端和服務(wù)器兩部分。rosserial客戶端運(yùn)行在沒有安裝ROS的環(huán)境的應(yīng)用中，通過串口或網(wǎng)絡(luò)與運(yùn)行在ROS環(huán)境中的rosserial服務(wù)器連接，并通過服務(wù)器節(jié)點(diǎn)在ROS中發(fā)布/訂閱話題任務(wù)要求知識(shí)導(dǎo)入任務(wù)實(shí)施任務(wù)評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)控制任務(wù)要求知識(shí)導(dǎo)入任務(wù)實(shí)施任務(wù)評(píng)價(jià)rosserial服務(wù)器rosserial服務(wù)器是運(yùn)行在ROS設(shè)備中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，作為串行協(xié)議和ROS網(wǎng)絡(luò)的連接rosserial_python是一個(gè)基于python的rosserial協(xié)議實(shí)現(xiàn)。它包含主機(jī)端rosserial連接的Python實(shí)現(xiàn)，能夠自動(dòng)處理連接支持rosserial的設(shè)備的設(shè)置、以及話題的發(fā)布和訂閱，此外要注意的是需要事先安裝pyserial才能使用任務(wù)要求知識(shí)導(dǎo)入任務(wù)實(shí)施任務(wù)評(píng)價(jià)rosserial服務(wù)器rosserial_python功能包的serial_node.py節(jié)點(diǎn)，與啟用了rosserial的設(shè)備通過串口通信。該節(jié)點(diǎn)根據(jù)存儲(chǔ)在設(shè)備中的配置信息自動(dòng)啟動(dòng)訂閱者和發(fā)布者。要使節(jié)點(diǎn)以指定的波特率與指定的串口設(shè)備連接。例如在/dev/ttyACM1，則必須在命令行上指定參數(shù)：$rosrunrosserial_pythonserial_node.py_port:=/dev/ttyACM1_baud:=115200任務(wù)要求知識(shí)導(dǎo)入任務(wù)實(shí)施任務(wù)評(píng)價(jià)rosserial服務(wù)器可以通過launch文件指定以下參數(shù)：<launch>

<nodepkg=“rosserial_python”

type=“serial_node.py”name="serial_node">

<paramname="port"

value="/dev/ttyACM1"

/>

<paramname="baud"

value="115200"

/>

</node></launch>任務(wù)要求知識(shí)導(dǎo)入任務(wù)實(shí)施任務(wù)評(píng)價(jià)rosserial服務(wù)器rosserial_server提供serial_node和socket_node兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，分別用于串口連接和網(wǎng)絡(luò)套接字連接。建議的用法是在消息信息節(jié)點(diǎn)側(cè)啟動(dòng)主服務(wù)器節(jié)點(diǎn)。提供了啟動(dòng)文件以啟動(dòng)串行鏈接。服務(wù)器節(jié)點(diǎn)的啟動(dòng)方法如下：$roslaunchrosserial_serverserial.launchport:=/dev/ttyUSB0同樣可以使用launch文件啟動(dòng)socket節(jié)點(diǎn)，其默認(rèn)監(jiān)聽端口為11411：$roslaunchrosserial_serversocket.launch任務(wù)要求知識(shí)導(dǎo)入任務(wù)實(shí)施任務(wù)評(píng)價(jià)rosserial客戶端rosserial_client包含通用的客戶端rosserial實(shí)現(xiàn)，它主要是為微控制器設(shè)計(jì)的?？蛻舳藥焓褂脩艨梢暂p松地啟動(dòng)ROS節(jié)點(diǎn)并在各種系統(tǒng)上運(yùn)行。這些客戶端是常規(guī)ANSIC++rosserial_client庫的端口。當(dāng)前，這些軟件包包括：rosserial_arduinorosserial_embeddedlinuxrosserial_windowsrosserial_mbedrosserial_tivacrosserial_vex_v5rosserial_vex_cortexrosserial_stm32ros-teensy任務(wù)要求知識(shí)導(dǎo)入任務(wù)實(shí)施任務(wù)評(píng)價(jià)網(wǎng)絡(luò)配置ROS系統(tǒng)是基于分布式計(jì)算的軟件環(huán)境，ROS系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，可以包含分布在不同計(jì)算設(shè)備上的多個(gè)節(jié)點(diǎn)，只要對ROS的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行正確的設(shè)置，任意節(jié)點(diǎn)可以在任意時(shí)間與任意其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。在ROS系統(tǒng)中為了實(shí)現(xiàn)分布式計(jì)算，需要事先進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置，完成網(wǎng)絡(luò)配置后，在進(jìn)行分布式計(jì)算之前需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)登錄任務(wù)要求知識(shí)導(dǎo)入任務(wù)實(shí)施任務(wù)評(píng)價(jià)機(jī)器人端網(wǎng)絡(luò)配置遠(yuǎn)程電腦和智能機(jī)器人機(jī)載主控制器需要連接到同一個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)，這一點(diǎn)通過智能機(jī)器人機(jī)載的無線路由可以實(shí)現(xiàn)。默認(rèn)情況下，智能機(jī)器人的機(jī)載主控器已經(jīng)通過有線的方式連接到機(jī)載的路由器上，IP地址默認(rèn)為192.168.1.100，也可以通過下面的命令查找機(jī)載主控器的IP地址$ipconfig任務(wù)要求知識(shí)導(dǎo)入任務(wù)實(shí)施任務(wù)評(píng)價(jià)任務(wù)要求知識(shí)導(dǎo)入任務(wù)實(shí)施任務(wù)評(píng)價(jià)機(jī)器人端網(wǎng)絡(luò)配置輸入命令：$nano~/.bashrc同樣需要在文檔的末尾添加ROS_MASTER_URI和ROS_HOSTNAME兩個(gè)全局變量的賦值語句，ROS_MASTER_URI設(shè)置成遠(yuǎn)程電腦的IP地址，例如這里是192.168.1.101，ROS_HOSTNAME的IP值都設(shè)置成機(jī)載主控器的IP，這里為192.168.1.100任務(wù)要求知識(shí)導(dǎo)入任務(wù)實(shí)施任務(wù)評(píng)價(jià)任務(wù)要求知識(shí)導(dǎo)入任務(wù)實(shí)施任務(wù)評(píng)價(jià)機(jī)器人端網(wǎng)絡(luò)配置然后，使用以下命令使剛才修改的bashrc文件生效$source~/.bashrc到這里，智能機(jī)器人端的網(wǎng)絡(luò)配置已經(jīng)完成任務(wù)要求知識(shí)導(dǎo)入任務(wù)實(shí)施任務(wù)評(píng)價(jià)PC端網(wǎng)絡(luò)配置在PC端，點(diǎn)擊遠(yuǎn)程電腦界面右上角的無線網(wǎng)絡(luò)圖標(biāo)，連接智能機(jī)器人機(jī)載的無線路由器，然后輸入以下命令，以查看遠(yuǎn)程PC的IP地址$ipconfig任務(wù)要求知識(shí)導(dǎo)入任務(wù)實(shí)施任務(wù)評(píng)價(jià)任務(wù)要求知識(shí)導(dǎo)入任務(wù)實(shí)施任務(wù)評(píng)價(jià)PC端網(wǎng)絡(luò)配置輸入以下命令：$sudovim~/.bashrc在文檔的末尾添加ROS_MASTER_URI和ROS_HOSTNAME兩個(gè)全局變量的賦值語句，ROS_MASTER_URI和ROS_HOSTNAME中IP值設(shè)置成遠(yuǎn)程電腦的IP值，其值為上述終端窗口紅色邊框里的IP地址192.168.0.101任務(wù)要求知識(shí)導(dǎo)入任務(wù)實(shí)施任務(wù)評(píng)價(jià)任務(wù)要求知識(shí)導(dǎo)入任務(wù)實(shí)施任務(wù)評(píng)價(jià)PC端網(wǎng)絡(luò)配置然后，使用以下命令使剛才修改的bashrc文件生效$source~/.bashrc到這里，PC端的網(wǎng)絡(luò)配置已經(jīng)完成任務(wù)要求知識(shí)導(dǎo)入任務(wù)實(shí)施任務(wù)評(píng)價(jià)遠(yuǎn)程登錄要在PC端實(shí)現(xiàn)對智能機(jī)器人的控制，除了要事先配置好PC和智能機(jī)器人的網(wǎng)絡(luò)之外，在進(jìn)行操作控制之前，還需要通過網(wǎng)絡(luò)在PC端登錄智能機(jī)器人。在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)登錄時(shí)，一般采用SSH登錄方式任務(wù)要求知識(shí)導(dǎo)入任務(wù)實(shí)施任務(wù)評(píng)價(jià)遠(yuǎn)程登錄SSH是一種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，用于計(jì)算機(jī)之間的加密登錄。如果一個(gè)用戶從本地計(jì)算機(jī)，使用SSH協(xié)議登錄另一臺(tái)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)，就可以認(rèn)為這種登錄是安全的，即使被中途截獲，密碼也不會(huì)泄露任務(wù)要求知識(shí)導(dǎo)入任務(wù)實(shí)施任務(wù)評(píng)價(jià)遠(yuǎn)程登錄假定要以用戶名user，登錄遠(yuǎn)程主機(jī)host，只要一條簡單命令就可以了$sshuser@host

如：sshpika@192.168.0.111如果本地用戶名與遠(yuǎn)程用戶名一致，登錄時(shí)可以省略用戶名$sshhost任務(wù)要求知識(shí)導(dǎo)入任務(wù)實(shí)施任務(wù)評(píng)價(jià)遠(yuǎn)程登錄SSH的默認(rèn)端口是22，也就是說，登錄請求會(huì)送進(jìn)遠(yuǎn)程主機(jī)的22端口。使用p參數(shù)，可以修改這個(gè)端口$ssh-p2222user@host上面這條命令表示，SSH直接連接遠(yuǎn)程主機(jī)的2222端口任務(wù)要求知識(shí)導(dǎo)入任務(wù)實(shí)施任務(wù)評(píng)價(jià)遠(yuǎn)程登錄如果是第一次登錄對方主機(jī)，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)下面的提示：$sshuser@hostTheauthenticityofhost'host(12.18.429.21)'can'tbeestablished.RSAkeyfingerprintis98:2e:d7:e0:de:9f:ac:67:28:c2:42:2d:37:16:58:4d.Areyousureyouwanttocontinueconnecting(yes/no)?這是在提示無法確認(rèn)host主機(jī)的真實(shí)性，只知道它的公鑰指紋，問你還想繼續(xù)連接嗎？任務(wù)要求知識(shí)導(dǎo)入任務(wù)實(shí)施任務(wù)評(píng)價(jià)遠(yuǎn)程登錄假定經(jīng)過風(fēng)險(xiǎn)衡量以后，用戶決定接受這個(gè)遠(yuǎn)程主機(jī)的公鑰Areyousureyouwanttocontinueconnecting(yes/no)?yes系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)一句提示，表示host主機(jī)已經(jīng)得到認(rèn)可Warning:Permanentlyadded'host,12.18.429.21'(RSA)tothelistofknownhosts.任務(wù)要求知識(shí)導(dǎo)入任務(wù)實(shí)施任務(wù)評(píng)價(jià)遠(yuǎn)程登錄當(dāng)遠(yuǎn)程主機(jī)的公鑰被接受以后，它就會(huì)被保存在文件$HOME/.ssh/known_hosts之中。下次再連接這臺(tái)主機(jī)，系統(tǒng)就會(huì)認(rèn)出它的公鑰已經(jīng)保存在本地了，從而跳過警告部分，直接提示輸入密碼。任務(wù)要求知識(shí)導(dǎo)入任務(wù)實(shí)施任務(wù)評(píng)價(jià)根據(jù)任務(wù)要求，具體的工作任務(wù)實(shí)施步驟如下：(1)啟動(dòng)PC和智能機(jī)器人將控制智能機(jī)器人用電腦上電，進(jìn)入U(xiǎn)buntu系統(tǒng)；按下智能機(jī)器人電源按鈕，智能機(jī)器人的主控制器進(jìn)入U(xiǎn)buntu系統(tǒng)任務(wù)要求知識(shí)導(dǎo)入任務(wù)實(shí)施任務(wù)評(píng)價(jià)(2)對PC端和智能機(jī)器人端的網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。在PC端使用vim命令在bashrc文件中追加ROS_MASTER_URI和ROS_HOSTNAME兩個(gè)全局變量，在智能機(jī)器人端使用nano命令bashrc文件中追加ROS_MASTER_URI和ROS_HOSTNAME兩個(gè)全局變量任務(wù)要求知識(shí)導(dǎo)入任務(wù)實(shí)施任務(wù)評(píng)價(jià)(3)在PC端的catkin_ws工作空間中創(chuàng)建move_control功能包$cd~/catkin_ws/src$catkin_create_pkgmove_controlrospystd_msgs(4)在PC端建立scripts目錄，編譯工作空間$cdmove_control$mkdirscripts$cd~/catkin_ws$catkin_make&&source./devel/setup.bash任務(wù)要求知識(shí)導(dǎo)入任務(wù)實(shí)施任務(wù)評(píng)價(jià)(5)在PC端編寫智能機(jī)器人轉(zhuǎn)圈運(yùn)動(dòng)控制節(jié)點(diǎn)代碼并進(jìn)行編譯在/catkin_ws/src/move_control/scripts文件夾下編寫transbot_circle.py代碼文件$

gedit

transbot_circle.py(6)在PC端啟動(dòng)master節(jié)點(diǎn)在PC端輸入以下命令，啟動(dòng)ROS系統(tǒng)的master節(jié)點(diǎn)$roscore任務(wù)要求知識(shí)導(dǎo)入任務(wù)實(shí)施任務(wù)評(píng)價(jià)(7)在PC端登錄到智能機(jī)器人主控制器通過SSH遠(yuǎn)程登錄到智能機(jī)器人主控制器，這里需要輸入機(jī)載主控器在局域網(wǎng)中的用戶名和IP地址，默認(rèn)用戶名為：transbot，IP:92.168.1.100，然后根據(jù)提示輸入密碼，默認(rèn)為vkrobot，當(dāng)成功登錄到主控制器時(shí)，命令窗口輸入欄的抬頭會(huì)標(biāo)稱transbot在PC端輸入以下命令：$sshtransbot@192.168.1.100任務(wù)要求知識(shí)導(dǎo)入任務(wù)實(shí)施任務(wù)評(píng)價(jià)(8)運(yùn)行智能機(jī)器人的