Turtlebot入门篇

2022-11-25 13:26:04

0、什么是TurtleBot？

我自己的理解就是：TurtleBot是一款移动机器人，就是主要研究让机器人自主决定应该想那个方向走，怎么绕过障碍物，最终到达目的地。与之对应还有很多机器人，比如google的机器人（主要是仿生，且不容易摔倒，摔倒了也能自己爬起来）。我喜欢的方向是机器视觉，主要目标是让TurtleBot去感知环境，不会撞到障碍物，而且可以辨识目标。所以在TurtleBot上采用vSLAM技术，后面主要讲的也是主要与之相关的。

1、本篇目标

TurtleBot实现简单的目标跟踪

1.1、概述

TurtleBot主要由3部分组成（从上到下）：Kinect2，笔记本，移动底座，最后加支架。

硬件不多说，这边博客主要是讲解中间重点部分软件的安装和测试。图中标记的1,2,3，是后面讲解的大致顺序。

2、硬件，软件环境

硬件：

TurtleBot2（其实主要指的是kobuki移动底座和其支架）
Microsoft Kinect2（注意我这使用的是Kinect2）
笔记本（根据需求自己选购）

软件：

操作系统：Ubuntu
机器人操作系统：ROS
软件库：libfreenect2，iai_kinect2

3、系统、ROS安装

在说安装软件之前简单的说说TurtleBot机器人，这是TurtleBot的官网http://www.turtlebot.com/，里面有代理商，你可以去找。

下来当然是要安装操作系统和ROS（机器人操作系统）。在这里需要注意的是：

建议安装Ubuntu，因为ROS对它支持的比较好
要注意ROS的版本和Ubuntu的版本是有对应的，不是随意的组合（我刚开始就在这吃亏了）

这两东东的安装，有两种方式：

先安装Ubuntu，在安装ROS。至于怎么安装Ubuntu，网上的资料很多（建议直接装到真机上，不要用虚拟机，不是很好用）。

ROS安装，ROS有很多版本供您选择。但是要注意，只有ROS Indigo之后的才支持Kinect2。这是ROS的官网http://wiki.ros.org/。在这里有详细的安装教程。
简单方式，直接使用别人封装好的Ubuntu镜像，因为这样在Ubuntu上已经安装好了ROS。（我采用的就是这种方式，Ubuntu14.04，ROS_Indigo）。镜像的地址：http://wiki.ros.org/turtlebot/Tutorials/indigo/Turtlebot%20Installation

好了，经过这个步奏你应该已经装好了这两个软件。你可以在终端中运行下面命令试试，看有没有报错：

roscore

如果没有表示，你已经安装好了。在这个基础之上，你应该按照ROS官网教程配置自己的工作空间http://wiki.ros.org/ROS/Tutorials/InstallingandConfiguringROSEnvironment，我建议使用catkin方式。

4、Kinect2驱动安装

需要做的事情有两件：编译安装libfreenect2和iai_kinect2。幸运的是这两个作者都在的github中写了详细的安装过程。

libfreenect2 https://github.com/OpenKinect/libfreenect2
iai_kinect2 https://github.com/code-iai/iai_kinect2

其实上面说的不是非常的准确，libfreenect2是驱动Kinect2让他工作的，我们只要编译安装好之后就不用管了。iai_kinect2其实是一个工具集，主要包括：1、相机标定工具；2、深度数据配准工具；3、libfreenect2和ROS之间的转换工具，确切的说就是将Kinect2的数据流转换给ROS，这样我们就可以借助ROS上的工具对数据流进行处理了；4、查看数据流的工具

因为Kinect是RGBD相机，我们需要知道怎么将深度信息和彩色信息对应，知道这个对应的过程就叫做相机标定。在

https://github.com/code-iai/iai_kinect2/tree/master/kinect2_calibration

中有详细的标定过程。下面简单说说刚才说的那个“对应”的形式化表示：

$$

\left[

\begin{matrix}

u\

v\

1

\end{matrix}

\right]

= kR

\left[

\begin{matrix}

x\

y\

z

\end{matrix}

\right]

+T

$$

其中$u,v$表示对应的RGB图像中的点，$x,y,z$表示与之对应的空间中的点，这个坐标原点在相机的镜头处。$R$是旋转矩阵，$33$，$T$是平移向量，$31$。$R,T$就是我们求的对应关系。

在这一步你应该可以通过测试程序看到Kinect前的图像，表示你已经安装好Kinect2的驱动了，并且可以通过iai_kinect2将Kinect2的数据转给ROS了。

若果有错误，请重新按照步奏再做一遍

5、测试ROS和TurtleBot底座通信是否正常

这里主要是硬件连接和终端命令执行。保证硬件连接正确后就以在在终端中执行命令了：

> roscore

然后打开底座的电源。

ctrl+alt+t新打开一个终端，执行下面命令：

> roslaunch turtlebot_bringup minimal.launch

再打开一个终端，执行下面命令：

> roslaunch turtlebot_teleop keyboard_teleop.launch

下来你就可以按照提示信息按相应的键遥控溜达你的机器人了（i：前进；，：后退；j：左转；l:右转；k:刹车）

注意：确保你机器人的电池有足够的电量。

参考：http://learn.turtlebot.com/2015/02/01/6/

5.1、roslaunch turtlebot_bringup minimal.launch 异常处理

解决办法如下：

如果出现异常情况，首先确认TurtleBot的移动底座的开关是否打开，笔记本和底座的连线是否连接完好
如果确认上面的没有问题，还时出现下面的问题：

提示找不到设备，分析原因就可能是驱动不对。修改的beg的办法就是查看源码修改相应的参数：

我们执行的命令是：“roslaunch turtlebot_bringup minimal.launch”，那么我们就

> roscd turtlebot_bringup

进入“turtlebot_bringup”，然后

> cd launch

找到minimal.launch文件复制一份，并将其命名为“my_minimal.launch”。使用编辑将其打开

> gedit my_minimal.launch

可以看到代码的第二行就是设置TurtleBot移动底座的类型，在代码中提供了“create,roomba”两种类型。但是我的是“kobuki”，我只在这里修改运行后报错（改为）。然后我就找这个参数最后传给了谁，发现只有两个文件用到这个参数：robot.launch.xml和mobile_base.launch.xml。直接将包含有mobile_base.launch.xml的代码修改为：

<include file="$(find turtlebot_bringup)/launch/includes/my_mobile_base.launch.xml">

具体怎么改，继续往下看：

关闭当前文件，执行命令：

> cd includes

你就会发现mobile_base.launch.xml就在这里，打开mobile_base.launch.xml：

> cat mobile_base.launch.xml

查看源码，发现在第四行，我们传进来的base参数原来别加入到了路径当中。路径指的就是当前的路径，你执行“ls”命令后就会发现有create和roomba文件夹，同时你也会看见有kobuki文件夹，进入kobuki文件夹，你会发现有“mobile_base.launch.xml”文件，将这个文件复制一份，并命名为“my_mobile_base.launch.xml”，然后将

<remap from="mobile_base/commands/velocity" to="cmd_vel"/>

的注释去掉。要不然你用他的驱动底座后收不到“cmd_vel”话题下的消息。然后回退到上层目录，将mobile_base.launch.xml复制一份，并且命名为：“my_mobile_base.launch.xml”。然后打开它，直接将

<include file="$(find turtlebot_bringup)/launch/includes/$(arg base)/mobile_base.launch.xml">

修改为：

<include file="$(find turtlebot_bringup)/launch/includes/kobuki/mobile_base.launch.xml">

然后打开底座电源，链接好线，执行(注意使用的是my_minimal.launch)：

> roscore

> roslaunch turtlebot_bringup my_minimal.launch

> roslaunch turtlebot_teleop keyboard_teleop.launch

现在你就可以溜达你的机器人了~~~

++++++++++++++++++++++++++++基本的环境已经配置好了++++++++++++++++++++++++++++

6、主程序

在基本的环境配置好了基础之上，我们将处理从kinec2拿到的数据，然后向底座发命令，让其执行响应的移动操作。

刚开始，我们当然不是从头写程序，而是先看别人的代码然后进行响应的修改。首先推荐一本书（ros_by_example http://download.csdn.net/detail/a_cainiao_a/9477742），我们这里用的代码都是这本书上的。先安装必要的工具：

> sudo apt-get install ros-indigo-turtlebot-bringup \

ros-indigo-turtlebot-create-desktop ros-indigo-openni-* \

ros-indigo-openni2-* ros-indigo-freenect-* ros-indigo-usb-cam \

ros-indigo-laser-* ros-indigo-hokuyo-node \

ros-indigo-audio-common gstreamer0.10-pocketsphinx \

ros-indigo-pocketsphinx ros-indigo-slam-gmapping \

ros-indigo-joystick-drivers python-rosinstall \

ros-indigo-orocos-kdl ros-indigo-python-orocos-kdl \

python-setuptools ros-indigo-dynamixel-motor-* \

libopencv-dev python-opencv ros-indigo-vision-opencv \

ros-indigo-depthimage-to-laserscan ros-indigo-arbotix-* \

ros-indigo-turtlebot-teleop ros-indigo-move-base \

ros-indigo-map-server ros-indigo-fake-localization \

ros-indigo-amcl git subversion mercurial

然后克隆代码：

> cd ~/catkin_ws/src

> git clone https://github.com/pirobot/rbx1.git

> cd rbx1

> git checkout indigo-devel

> cd ~/catkin_ws

> catkin_make

> source ~/catkin_ws/devel/setup.bash

> rospack profile

下面我们就是将一些launch文件进行修改，我们修改的时候并不是在原文件上修改而是同名复制一份前面加“my_”的，例如原文件叫：“minimal.launch”,我们复制的就叫：“my_minimal.launch”。修改的主要内容是：修改数据流输入的话题；下面我们只是说在复制后的文件中怎么改，去掉“my_”就是原文件名了。

> roscd rbx1_vision

> cd launch

> gedit my_face_tracker2.launch

将这两句

<remap from="input_rgb_image" to="/camera/rgb/image_raw"/>

<remap from="input_depth_image" to="/camera/depth_registered/image_raw"/>

改为

<remap from="input_rgb_image" to="/kinect2/qhd/image_color"/>

<remap from="input_depth_image" to="/kinect2/sd/image_depth"/>

> roscd rbx1_apps

> cd launch

> gedit my_object_tracker.launch

将这句

<remap from="camera_info" to="/camera/rgb/camera_info"/>

改为

<remap from="camera_info" to="/kinect2/qhd/camera_info"/>

7、启动主程序

启动的时候每一句话一个终端，我在这就一块给出了：

> roscore

> roslaunch turtlebot_bringup minimal.launch 或者 roslaunch turtlebot_bringup my_minimal.launch

> roslaunch kinect2_bridge kinect2_bridge.launch

> roslaunch rbx1_vision my_face_tracker2.launch

> roslaunch rbx1_apps my_object_tracker.launch

尽可能让你的脸出现在视频监视窗口中，并且让程序找到你的脸，然后你左右移动，就会看到TurtleBot发生响应的转动，因为这个程序尽可能的将你的脸放在画面的中间。

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