ROS程序是如何控制伺服机的 所有答案尽在本文

ROS（Robot OperatingSystem）是开源的机器人系统平台。使用这个之后，机器人就可以看见东西、测绘、导航，或是以最新的算法作用于周围的环境当中。假如想要制造复杂的机器人，已经准备好的ROS程序代码就能派上用场。ROS能在最低限度下运用。这可以透过Raspberry Pi等级的计算机安装。

做为ROS的入门篇我们来看看如何控制伺服机。伺服机的缺点是会尽快遵照指令运转，因此头部常常会突然活动，以至于失去平衡。不过使用ROS之后，就可以进行正弦曲线运动，让机器人保持稳定。由于可以在ROS当中进行这项操作，因此无须改写控制用的程序代码。另外，连接伺服机和ROS的程序代码，以及伺服机的硬件都无须变更。再者，程序代码还可以任意使用。

ROS很适合用在Ubuntu或Debian上，无须编译。建置时要在Linux机器上执行Ubuntu，使用业余用伺服机、Arduino和普通的导线。ROS要在Ubuntu机器上启动，讯息则透过USB传送到Arduino。只要安装二进制的ROS套件，就会在主控台程序（像是gnome-terminal或konsole）追加以下指令，这样Arduino系统就能辨识ROS函式库。

cd~/sketchbook/libraries

rm-rf ros_lib

rosrunrosserial_arduino make_l ibraries.py 。

Arduino的程序

接下来要将程序代码上传到Arduino当中，执行低阶的伺服机控制，以便能从Linux机器操作。这时要以限制范围内的百分比（0.0～1.0）指定伺服机的位置。之所以使用百分比而不是写明角度，是因为Arduino的程序代码限制了正确的角度，要避免在指定角度时发生冲突。

就如各位所见，使用ROS之后，一般的循环函数就会变得相当简单。循环函数只会订阅（subscribe）数据，任何Arduino循环都一样。设定时要将ROS初始化，将各个ROS讯息订阅者的订阅叫出来。每个订阅者会占据Arduino的RAM，数量取决于要用程序代码做什么，以6个到12个为限。

#include

#include

#include

#include

#define SERVOPIN 3

Servo servo;

void servo_cb（ const std_msgs：：Float32& msg ）

{

const float min = 45;

const float range = 90;

float v = msg.data;

if（ v 》 1 ） v = 1;

if（ v 《 0 ） v = 0;

float angle = min + （range * v）;

servo.write（angle）;

}

ros：：Subscriber

ros：：NodeHandle nh;

void setup（）

{

servo.attach（SERVOPIN）;

nh.initNode（）;

nh.subscribe（sub）;

}

void loop（）

{

nh.spinOnce（）;

delay（1）; }

接下来要设法透过Arduino在ROS的世界说话。最简单的方法是使用机器人启动档。虽然以下的档案内容非常简单，但是这里要追加启动档，如此一来即使是非常复杂的机器人，也能用一个指令启动。

$ cat rosservo.launch

$ roslaunch 。/rosservo.lanch

rostopic指令可以看出ROS讯息传送到机器人的哪个部位。看了下面的程序代码就会发现，「/head/tilt」可以透过Arduino使用。讯息要使用「rostopic」传送。-1的选项只会发布（publish）讯息一次，通知/head/tilt传送一个浮点数。

$ rostopic list

/diagnostics

/head/tilt

/rosout

/rosout_agg

$ rostopic pub -1 /head/tiltstd_msgs/Float32 0.4

$ rostopic pub -1 /head/tilt std_msgs/Float320.9

这个阶段当中，能够将所有发布数值到ROS的已知方法用在控制伺服机上。假如从0改成1，伺服机就会全速运行。这本来并没有问题，但实际上我们想要逐渐加速以达到全速，然后再逐渐减速，停在目标角度上。假如伺服机骤然运转，机器人的动作就会变得僵硬，让周围的人吓一跳。

用另一个节点平滑运动

 

Houndbot

 

Terry

Terry和Houndbot都是ROS机器人，以6061个铝合金零件制造而成。项目的目标是要尽量让这些机器人自主运动。

以下的Python脚本程序会监听「/head/tilt/smooth」的讯息，朝「/head/tilt」发布许多讯息，好让伺服机转到目标角度之前慢慢加速，再慢慢延迟旋转。当讯息抵达「/head/tilt/smooth」时一定会呼叫「moveServo_cb」。这个回调函式会从-90到+90度之间每10度产生1个数值，追加到角度数组当中。「sin（）」会取这个角度，数值从-1到+1慢慢增加。该数值加1之后，范围就会变成0到+2，再除以2之后， 0到+1的曲线数值数组就完成了。然后再看看m数组当中，每当发布讯息时，就会稍微前进一点，范围在r之内，直到1*r或是全范围为止。

#！/usr/bin/env python

from time import sleep

import numpy as np

import rospy

from std_msgs.msg import Float32

currentPosition = 0.5

pub = None

def moveServo_cb（data）：

global currentPosition， pub

targetPosition = data.data

r = targetPosition - currentPosition

angles = np.array（ （range（190）） ［0：：10］） -90

m = （ np.sin（ angles * np.pi/ 180. ） + 1 ）/2

for mi in np.nditer（m）：

pos = currentPosition + mi*r

print “pos： “， pos

pub.publish（pos）

sleep（0.05）

currentPosition = targetPosition

print “pos-e： “， currentPosition

pub.publish（currentPosition）

def listener（）：

global pub

rospy.init_node（‘servoencoder’，anonymous=True）

rospy.Subscriber（‘/head/tilt/smooth’，Float32， moveServo_cb）

pub = rospy.Publisher（‘/head/tilt’，Float32， queue_size=10）

rospy.spin（）

if __name__ == ‘__main__’：

listener（）

想要测试伺服机顺畅的动作，就要启动Python脚本，将讯息发布到「/head/tilt/smooth」，这样一来即可检视顺畅的动作。

$ 。/servoencoder.py

$ rostopic pub -1 /head/tilt/smoothstd_msgs/Float32 1

$ rostopic pub -1 /head/tilt/smoothstd_msgs/Float32 0

ROS当中的名称也可以重新测绘。只要将「/head/tilt/smooth」重新测绘为「/head/tilt」，程序就能向伺服机发出命令，而不会意识到正弦曲线的数值在变化。

迎向未来

虽然这里只说明了简单的伺服机控制，ROS却有更多功能。假如想要知道妨碍机器人的东西是什么，不妨使用已经支持ROS的Kinect。就算导航堆栈使用这项数据测绘，也可以馈送简短的Python脚本，让伺服机动起来，命令机器人追踪附近的物体。没错，眼睛真的会追逐物体。

Terry是室内用机器人，搭载2个Kinect。一个专门用来导航，另一个则用于深度测绘。Terry使用6个Arduinos，能够从用了ROS的网络接口或PS3遥控器直接操作。

Houndbot是设计成要在户外使用。里头有遥控器、GPS、罗盘和ROS耳形控制器。后续计划要搭载导航用的PS4双镜头摄影机，因为Kinect不能在阳光下使用。这台机器人重量为20公斤。还可以追加了悬吊系统，为此需要自行制造铝合金客制化零件。