Kommunikation Raspberry Pi mit ROS2: Unterschied zwischen den Versionen

Aktuelle Version vom 19. März 2022, 15:23 Uhr

Autoren: Jonas Gerken
Betreuer: Prof. Schneider
Art: Praxissemester
Projektlaufzeit: 02.11.2021 - 20.02.2022

Einleitung

Dieser Artikel beschreibt die Kommunikation von einem Raspberry Pi(RPi) mit dem Robot Operating System2 (ROS2). In Abb. 1 sind die Nodes master und slave zu sehen, welche auf der RPi ausgeführt werden. Über die Topics, wie cmd_vel oder die SONAR-Topics, kommunizieren die Nodes mit einander. Dazu wird erklärt, wie ein Raspberry Pi mit einem PC über Secure Shell (SSH) verbunden werden kann und wie der AlphaBot über den RPi und ROS2 gesteuert wurde. Außerdem wird beschrieben was es für grafische Anzeige Möglichkeiten unter ROS2 gibt.

Aufgabenstellung

Das Ziel war es einen AlphaBot mit ROS2 zu programmieren und fahren zu lassen, damit er Hindernisse mit Infrarotsensoren und dem Ultraschallsensor umfahren kann.

Projektplanung

Funktionale Anforderungen

F1	Der AlphaBot muss Hindernisse mit Infrarotsensoren erkennen können.
F2	Der AlphaBot muss Hindernisse mit einem Ultraschallsensor erkennen können.
F5	Der Ultraschallsensor muss mit einem Servo-Motor nach rechts und links gedreht werden können.
F3	Der AlphaBot muss Hindernisse umfahren können.
F4	Die Motoren müssen einzeln angesteuert werden können.

Nicht Funktionale Anforderungen

NF1	Es muss ein AlphaBot verwendet werden.
NF2	Der AlphaBot muss mit ROS2 programmiert werden.
NF3	Der AlphaBot soll mit einem RPi gesteuert werden.
NF4	Der AlphaBot soll mit Python programmiert werden.
NF5	Es soll die Python Bibliothek RPi.GPIO verwendet werden.
NF6	Es muss Ubuntu Server 20.04 Server auf dem RPi verwendent werden.

Übersicht

Dokumentation

verwendete Hardware

AlphaBot
Raspberry Pi 4
mciro-SD Karte mit SD-Karten Adapter
HDMI-Kabel
Netzwerkkabel
Netzwerkswitch

verwendete Software

Ubuntu Server 20.04
Python
ROS2
Secure Shell (SSH)
PuTTY

Weiterführende Links

→ zurück zum Hauptartikel: Robot Operating System2 (ROS2)

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 [[Kategorie:ROS2]]
+[[Kategorie:ROS]]
 '''Autoren:''' [[Benutzer:Jonas_Gerken| Jonas Gerken]]<br/>
 '''Betreuer:''' [[Benutzer:Ulrich_Schneider| Prof. Schneider]]<br/>
 '''Art:''' Praxissemester<br>
-'''Projektlaufzeit:''' 02.11.2021-20.02.2022
+'''Projektlaufzeit:''' 02.11.2021 - 20.02.2022
-== Einleitung ==
-Die Aufgabe war es mit einem Raspberry Pi und dem Robot Operating System (ROS2) zu kommunizieren.
+[[Datei:Kommunikation_Slave_Master.png|right|mini|700px|Abb 1: Kommunikation zwischen Maste-Node und Slave-Node <nowiki></nowiki>]]
+== Einleitung ==
+Dieser Artikel beschreibt die Kommunikation von einem [https://de.wikipedia.org/wiki/Raspberry_Pi Raspberry Pi(RPi)] mit dem [[Robot_Operating_System_2|Robot Operating System2 (ROS2)]]. In Abb. 1 sind die Nodes master und slave zu sehen, welche auf der RPi ausgeführt werden. Über die Topics, wie cmd_vel oder die SONAR-Topics, kommunizieren die Nodes mit einander. Dazu wird erklärt, wie ein Raspberry Pi mit einem PC über [https://de.wikipedia.org/wiki/Secure_Shell Secure Shell (SSH)] verbunden werden kann und wie der AlphaBot über den RPi und ROS2 gesteuert wurde. Außerdem wird beschrieben was es für grafische Anzeige Möglichkeiten unter ROS2 gibt.
-In diesem Abschnitt wird beschrieben, wie der Raspberry Pi mit dem Robot Operating System (ROS2) kommunizieren können.
+==== Aufgabenstellung ====
-== Übersicht ==
+Das Ziel war es einen [[AlphaBot|AlphaBot]] mit ROS2 zu programmieren und fahren zu lassen, damit er Hindernisse mit Infrarotsensoren und dem Ultraschallsensor umfahren kann.
-=== Dokumentation ===
-=== Demo ===
-=== Software ===
-== [[Zusammenfassung_Praxissemester_Gerken|Zusammenfassung]] ==
+==== Projektplanung ====
+[[Datei:Projektplan_JonasGerken.png|left|mini|700px|Abb 2: Projektplan]]
-== Weiterführende Links ==
+<br clear=all>
-== Microcontroller coding mit der Integration von Ros 2 ==
+==== Funktionale Anforderungen ====
+{| class="wikitable"
+|F1
+|Der AlphaBot muss Hindernisse mit Infrarotsensoren erkennen können.
+|-
+|F2
+|Der AlphaBot muss Hindernisse mit einem Ultraschallsensor erkennen können.
+|-
+|F5
+|Der Ultraschallsensor muss mit einem Servo-Motor nach rechts und links gedreht werden können.
+|-
+|F3
+|Der AlphaBot muss Hindernisse umfahren können.
+|-
+|F4
+|Die Motoren müssen einzeln angesteuert werden können.
+|}
+==== Nicht Funktionale Anforderungen ====
+{| class="wikitable"
+|NF1
+|Es muss ein AlphaBot verwendet werden.
+|-
+|NF2
+|Der AlphaBot muss mit ROS2  programmiert werden.
+|-
+|NF3
+|Der AlphaBot soll mit einem RPi gesteuert werden.
+|-
+|NF4
+|Der AlphaBot soll mit Python programmiert werden.
+|-
+|NF5
+|Es soll die Python Bibliothek [https://pypi.org/project/RPi.GPIO/ RPi.GPIO] verwendet werden.
+|-
+|NF6
+|Es muss [[Raspberry Pi| Ubuntu Server 20.04 Server]] auf dem RPi verwendent werden.
+|}
-Um den Microcontroller anzusteuern wurde er über SSH verbunden, um gleichzeitig weiter im normalen Ubuntu OS weiterarbeiten kann.
+== Übersicht ==
+=== Dokumentation ===
-=== Raspberry Pi mit SSH(Secure Shell) verbinden ===
-SSH wird verwendet, um den Raspberry Pi ohne eine HDMI-Verbindung zu nutzen zukönnen.
-Secure Shell oder SSH bezeichnet ein kryptographisches Netzwerkprotokoll für den sicheren Betrieb von Netzwerkdiensten über ungesicherte Netzwerke. Häufig wird es verwendet, um lokal eine entfernte Kommandozeile verfügbar zu machen, d. h., auf einer lokalen Konsole werden die Ausgaben der entfernten Konsole ausgegeben, und die lokalen Tastatureingaben werden an den entfernten Rechner gesendet.
-So kann später in diesem Fall der Roboter über eine Ethernet oder Wifi-Verbindung gesteuert werden.
-Um SSH zu aktivieren muss auf der SD-Karte im boot-Verzeichnis eine lehre Text-Datei mit dem Namen "ssh" erstellt werden. (Abb. 1)
+===== verwendete Hardware =====
-Um die Dateiendung .txt zu entfernen muss im Windows-Explorer unter dem Reiter Ansicht ein Haken bei Dateinamenserweiterungen Gesetz werden.
-So wird die Dateiendung bei einer Umbennung angezeigt und es kann die .txt Endung entfernt werden.
-Für die SSH-Verbindung wird die IP-Adresse des Raspberry Pi's benötigt.
+# AlphaBot
-Dafür muss er mit einem HDMI Kabel an einen Bildschirm angeschlossen werden.
+# Raspberry Pi 4
-Nach der Anmeldung auf dem Raspberry Pi, kann die IP-Adresse abgelesen werden. Abb. 2)
+# mciro-SD Karte mit SD-Karten Adapter
+# HDMI-Kabel
+# Netzwerkkabel
+# Netzwerkswitch
-   [[Datei:StartBild_Ubuntu_Server.png|left|mini|300px|Abb 2: Beispiel <nowiki>IP-Adresse</nowiki>]]
+===== verwendete Software =====
-   <br clear=all>
-Für die Verbindung über Ethernet muss nur der RPi und der PC mit einem Lan-Kabel verbunden werden. Damit beides im gleichen Netzwerk ist wird ein Switch zwischengeschaltet.
+# Ubuntu Server 20.04
-Jetzt kann die SSH-Verbindung mit dem Befehl "ssh username@IP-Adresse" hergestellt werden.
+# Python
-Danach wird nach dem RPi Passwort gefragt.
+# ROS2
-Nach der Eingabe des Passworts wird die SSH Verbindung hergestellt.
+# Secure Shell (SSH)
+# [https://de.wikipedia.org/wiki/PuTTY PuTTY]
-Für die Wifi-Verbindung muss die Netzwerkkonfiguration geöffnet werden: "sudo nano /etc/netplan/50-cloud-init.yaml"
+==== [[ Raspberry Pi über Secure Shell(SSH) mit Desktop PC verbinden | Raspberry Pi über Secure Shell(SSH) mit Desktop PC verbinden]] ====
-Der Datei Inhalt ist in Abb. 4 abgebildet.
+==== [[ Programmierung / Funktionsweise der ROS2 Codes  | Programmierung / Funktionsweise der ROS2 Codes ]] ====
-   [[Datei:Ethernet.png|left|mini|500px|Abb 4: Beispiel <nowiki>Ethernet-Konfiguration</nowiki>]]
-   <br clear=all>
-Hier werden dann die benötigte Wifi-Konfiguration wie in Abb. 4 zusehen ist hinzugefügt.
+==== [[ Darstellung der Ergebnisse | Darstellung der Ergebnisse ]] ====
-   [[Datei:Wifi-Konfiguration.png|left|mini|200px|Abb 4: Beispiel <nowiki>Wifi-Konfiguration</nowiki>]]
-   <br clear=all>
-Der Netzwerk-Name und das Passwort müssen entsprechend Umbenannt werden.
+==== [[ Demo | Demo]] ====
-Bei der Wifi-Verbindung über SSH wird es sich um eine andere IP-Adresse handel, wie bei der Ethernet-Verbindung.
+== [[Zusammenfassung_Praxissemester_Gerken|Zusammenfassung]] ==
-=== ROS2 Code auf RPi===
-Da es die Bibliothek wiringPi, welche für die Ansteuerung der GPIO Pins über CPP nicht mehr unterstützt wird, haben wir uns für die Python Bibliothek "RPi.GPIO" entschieden.
+== Weiterführende Links ==
-# Installieren der Bibliothek um die GPIO-Pins anzusteuern
-#* dieser Befehl muss zur Installation in einem Terminal unter Ubuntu eingegeben werden: "pip install RPi.GPIO".
-Um zunächst mit der Programmierung zu beginnen wurde ein Ros2 Workspace mit einem source Ordner erstellt.
- mkdir ros_ws
- cd ros_ws
- mkdir src
-In diesem Ordner wurde dann das ros2 Package mit den benötigten Bibliotheksabhängigkeiten erstellt.
+* [https://wiki.ubuntuusers.de/PuTTY/ PuTTY Installation]
- ros2 pkg create --build-type ament_python packagename(z.B. sensor_test) --dependencies rclpy std_msgs
+* [https://wiki.ubuntuusers.de/SSH/ SSH ]
-In dem Verzeichnis /ros_ws/src/packagename/packagename werden nun die Datei "slave_sonar.py" erstellt.
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Kommunikation Raspberry Pi mit ROS2: Unterschied zwischen den Versionen

Aktuelle Version vom 19. März 2022, 15:23 Uhr

Inhaltsverzeichnis

Einleitung

Aufgabenstellung

Projektplanung

Funktionale Anforderungen

Nicht Funktionale Anforderungen

Übersicht

Dokumentation

verwendete Hardware

verwendete Software

Raspberry Pi über Secure Shell(SSH) mit Desktop PC verbinden

Programmierung / Funktionsweise der ROS2 Codes

Darstellung der Ergebnisse

Demo

Zusammenfassung

Weiterführende Links

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