Kommunikation Raspberry Pi mit ROS2

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 mit ROS2. Dazu wird erklärt, wie ein Raspberry Pi mit einem PC über SSH(Secure Shell) verbunden werden kann. Das Ziel ist es, mit ROS2 die Raspberry Pi GPIO-Pins über SSH ansteuern zu können.

An dieser Stelle sollten Ubuntu Server 20.04 und ROS2 base auf dem Raspberry Pi installiert sein. Wenn dies noch nicht der Fall ist, siehe hier Installation von ROS2 für die Installation.

Übersicht

Raspberry Pi mit Ubuntu Server verbinden über SSH(Secure Shell)

Was ist SSH (Secure Shell)?

Secure Shell oder SSH bezeichnet ist 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 (hier: PC) und die lokalen Tastatureingaben werden an den entfernten Rechner gesendet (hier: Raspberry Pi).

Um den Microcontroller anzusteuern wurde er über SSH verbunden, um gleichzeitig weiter an einem PC mit Ubuntu Desktop arbeiten zu können und den Roboter später frei fahren zu können ohne an ein HDMI-Kabel angeschlossen zu sein. Dazu gibt es zwei Möglichkeiten: einmal mit einem Programm namens PuTTY oder direkt über die Ubuntu Kommando-Konsole.

PuTTY für die SSH Verbindung

PuTTY ist eine freie Software zur Herstellung von Secure Shell Verbindungen. Auf einem Pc mit Ubuntu wird Putty über die Kommando-Konsole installiert.

sudo apt-get install putty

Nach der Installaltion kann es über den Befehl putty ausgeführt werden und ein neues Fenster öffnet sich. Abb. 1

Abb. 2

Um SSH zu aktivieren muss auf der SD-Karte im boot-Verzeichnis eine lehre Text-Datei mit dem Namen "ssh" erstellt werden. (Abb. 2) 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. Dafür muss er mit einem HDMI Kabel an einen Bildschirm angeschlossen werden. Nach der Anmeldung auf dem Raspberry Pi, kann die IP-Adresse abgelesen werden. Abb. 3)

Abb 3: Beispiel IP-Adresse

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. Jetzt kann die SSH-Verbindung mit dem Befehl "ssh username@IP-Adresse" hergestellt werden. Danach wird nach dem RPi Passwort gefragt. Nach der Eingabe des Passworts wird die SSH Verbindung hergestellt.

Für die Wifi-Verbindung muss die Netzwerkkonfiguration geöffnet werden: "sudo nano /etc/netplan/50-cloud-init.yaml"

Der Datei Inhalt ist in Abb. 4 abgebildet.

Abb 4: Beispiel Ethernet-Konfiguration

Hier werden dann die benötigte Wifi-Konfiguration wie in Abb. 4 zusehen ist hinzugefügt.

Abb 4: Beispiel Wifi-Konfiguration

Der Netzwerk-Name und das Passwort müssen entsprechend Umbenannt werden.

Bei der Wifi-Verbindung über SSH wird es sich um eine andere IP-Adresse handel, wie bei der Ethernet-Verbindung.

=== Microcontroller coding mit der Integration von Ros 2 ===

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.

1. 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.

ros2 pkg create --build-type ament_python packagename(z.B. sensor_test) --dependencies rclpy std_msgs

In dem Verzeichnis /ros_ws/src/packagename/packagename werden nun die Datei "slave_sonar.py" erstellt.

Weiterführende Links

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