Kommunikation Raspberry Pi mit ROS2

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


Abb 1: Kommunikation zwischen Maste-Node und Slave-Node


Einleitung

Dieser Artikel beschreibt die Kommunikation von einem Raspberry Pi mit dem Robot Operating System2 (ROS2)(Abb. 1). Dazu wird erklärt, wie ein Raspberry Pi mit einem PC über SSH(Secure Shell) verbunden werden kann und wie der AlphaBot über den Raspberry Pi und ROS2 gesteuert wurde. Außerdem wird beschrieben was es für grafische Anzeige Möglichkeiten unter ROS2 gibt.

Übersicht

Dokumentation

Zum beginn dieses Artikels werden die verschiedenen Anforderungen an das Projekt aufgezeigt(Tabelle 1/2).

Funktionale Anforderungen

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

Nicht Funktionale Anforderungen

NF1 Es muss ein Alphabot verwendet werden.
NF2 Der Roboter muss mit dem ROS2 programmiert werden.
NF3 Der Roboter soll mit einem Raspberry Pi gesteuert werden.
NF4 Der Roboter 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.
Hilfreiche Software
  1. Secure Shell(SSH)
  2. PuTTY

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

Microcontroller coding mit der Integration von ROS2

In diesem Abschnitt wird die Programmierung des Raspberry Pi's mit ROS2 beschrieben. Dazu gehört die Motorsteuerung, genau sowie die Infrarot Sensoren oder dem Ultraschallsensor um Hindernisse umfahren zu können.

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.

Da es beim ausführen von den Codes auf dem RPi zu dem Fehler "RuntimeError: Not running on a RPi!" kam, können die folgenden Befehle helfen. Die hier genannten Befehle müssen bei jedem Neustart des RPi's erneut ausgeführt werden.

Die ersten beiden Befehle zeigen, ob gpiomem schon vorhanden ist.

ls -l /dev/ gpiomem

Ausgabe: crw-rw---- 1 root dialout 239, 0 Apr 1 17:23 /dev/gpiomem

groups

Ausgabe: ubuntu adm dialout cdrom floppy sudo audio dip video plugdev netdev lxd

Um gpiomem dann zu erlauben sind die folgenden zwei Befehle erforderlich.

sudo chown root.gpio /dev/gpiomem

sudo chmod g+rw /dev/gpiomem

Um mit der Programmierung zu beginnen wurde ein Ros2 Workspace mit einem source Ordner erstellt.

mkdir ros_ws

cd ros_ws

mkdir src

In dem source Ordner wurde dann das ROS2 Package mit den benötigten Bibliotheksabhängigkeiten erstellt. Dazu gehören rclpy, der ROS2 Client Library für Python und std_msgs, um die Standard Nachrichten, wie Int8, Float64 oder String in ROS2 nutzen zu können.
ros2 pkg create --build-type ament_python packagename(z.B. sensor_test) --dependencies rclpy std_msgs


Motorsteuerung
Infrarot Hindernisumfahrung
Ultraschall Hindernisumfahrung

Demo

Checkout URL : https://svn.hshl.de/svn/Robotik_und_Autonome-Systeme/trunk/Projekte/AlphaBot_PI_ROS2/

Der Code kann direkt aus dem SVN-Verzeichnis ausgeführt werden.

# Name
1 Motortest
2 Infrared_Obstacle_Avoidance
3 Ultrasonic_Obstacle_Avoidance

Schritt für Schritt Anleitung unter Ubuntu um den Code auszuführen:

  1. ein neues Terminal öffnen
  2. zum Verzeichnis des Packages gehen cd svn/Projekte/AlphaBot_PI_ROS2
  3. colcon build beziehungsweise colcon build --packages-select sensor_test zum kompilieren des ROS2 Codes ausführen
  4. . install/setup.bash

1. Motortest:

  1. ros2 run sensor_test Motortest im Terminal ausführen
  2. Manuelle Nachricht publishen ros2 topic pub /cmd_vel std_msgs/msg/String '{data: forward}'
  3. durch STRG C das publishen der Nachricht stoppen

2. Infrared_Obstacle_Avoidance:

  1. ros2 launch sensor_test alphabot_IR_launch.py im Terminal ausführen
  2. AlpaBot fährt autonom und umfährt Hindernisse mit Infrarotsensoren

3. Ultrasonic_Obstacle_Avoidance:

  1. ros2 launch sensor_test alphabot_Sonar_launch.py im Terminal ausführen
  2. AlpaBot fährt autonom und umfährt Hindernisse mit Ultraschallsensor

Zusammenfassung

Weiterführende Links


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