[ROS Husky主題實作] 單元6 : 讓 Husky 動起來的利器 - ROSSERIAL 和 ARDUINO

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一、前言

Arduino 簡單易上手，廣受makers(創客們)的歡迎，然而在ROS機器人開發上，仍須仰賴一個通訊協議來讓這些嵌入式系統，如Arduino，可以和電腦溝通。這就是 "rosserial" 誕生的理由了！"rosserial"是一種在序列通訊上用來傳遞ROS訊息的通用通訊協議，像是 UART on Arduino。有了 "rosserial" ，幫助開發者在ROS開發世界中，更容易控制安裝在 Arduino 上的各種感測器。

接下來，我們將實作如何設定 Arduino IDE 並安裝 "rosserial" 套件，並使用 Arduino 來驅動 Husky 模擬進行測試。若尚未安裝 Husky 模擬器，可參考這篇文章<連結>。

二、安裝步驟

步驟1.在terminal中輸入安裝 Arduino IDE 和 rosserial 指令

sudo apt-get install arduino arduino-core ros-kinetic-rosserial ros-kinetic-rosserial-arduino

安裝完畢後執行 arduino。你可以點擊 "search your computer"的圖示，在搜尋框中輸入 " a "，下方就會出現 Adruino IDE 的圖示，接著點擊執行。

接著會出現一個 Arduino Permission Checker 的對話框，直接點擊 "Add"。

輸入密碼，按下 "Authenticate"。

備註 : 請留意，安裝完畢後，必須要執行 Arduino IDE，才會生成一個名為 "sketchbook"的資料。後續的套件也會安裝於此。

步驟2.將 rosserial 載入到 Arduino IDE

先檢視"sketchbook"資料夾，若"sketchbook"資料夾是空的，則在裡面建立一個名為 "libraries" 的資料夾。

進入"sketchbook"的"libraries"資料夾

cd ~/sketchbook/libraries

若"sketchbook"資料夾是空的，則在裡面建立一個名為 "libraries" 的資料夾。

mkdir ~/sketchbook/libraries

進入 "libraries"資料夾

cd ~/sketchbook/libraries

接著將 rosserial 載入到 Arduino IDE中。

rosrun rosserial_arduino make_libraries.py .

請留意到此行指令最後還有一個"點"，勿忘，請見下圖。

步驟3.重啟 Arduino IDE

重啟後，你會看到 ros_lib 在 Arduino 的套件庫中。

補充 :

讓普通帳戶也能加入 "Dailout"群組，獲得訪問 /dev/ttyS* 設備的權限，指令如下 :

groups "username”

若沒看到 "dailout"，可輸入以下指令 :

sudo gpasswd --add "username" dialout

為了讓後續開發作業更輕鬆，可藉由創建 udev 規則，所以當 Arduino 插入時，將會被賦予正確的權限。

如果使用虛擬機，當Arduino插入時，在選單上也要進行相關設定來連接Arduino。如下圖 :

確認系統是否與 Arduino 連線可輸入以下指令 :

---------------------------------------------

ls -l /dev

若連線成功，可看到類似以下訊息 :

Bus 002 Device 005: ID 2341:0043

---------------------------------------------

以上是clearpathrobotics官網的原始內容，然而經我實作後，並未出現以上訊息。因此指令要修改成以下指令後，就能見到所需的訊息。 

lsusb  或是 ls -l /dev/ttyACM0

從termainl中，我們得知 2341 是 vendor ID，0043 是 product ID。那麼來檢視一下 udev 規則。

cd /etc/udev/rules.d/

接著創建新的檔案規則，命名的傳統規則遵循 “##-name.rules”。先選擇一個尚未使用的號碼。

sudo gedit 97-arduino.rules

將以下內容複製到新規則，用你的product ID和vendor ID取代####。更多關於 udev 的資訊，請見 單元5。

SUBSYSTEMS=="usb", ACTION=="add", ATTRS{idVendor}=="2341", ATTRS{idProduct}=="00[0-f][0-f]", MODE="0666", SYMLINK+="arduino arduino_$attr{serial}", GROUP="dialout",

剩下要做的就是更新你的 udev 規則，並且重啟系統。

sudo udevadm control --reload-rules && sudo service udev restart && sudo udevadm trigger

如果你沒重啟系統，arduino 檔案權限並未有改變，如下圖。

重啟系統後，如下圖，你會看到 “arduino” 的接口，已擁有一個完全的權限(rw-rw-rw-)。

三、驅動Husky

步驟1. 上傳程式到 Arduino

#include <ArduinoHardware.h>
#include <ros.h>
#include <geometry_msgs/Twist.h>

ros::NodeHandle nh;

geometry_msgs::Twist msg;

ros::Publisher pub("husky/cmd_vel", &msg);

void setup()
{
 nh.initNode();
 nh.advertise(pub);
} void loop()
{
 if(digitalRead(8)==1)
 msg.linear.x=-0.25;

else if (digitalRead(4)==1)
msg.linear.x=0.25;

else if (digitalRead(8)==0 && digitalRead(4)==0)
msg.linear.x=0;

pub.publish(&msg);
nh.spinOnce();
}

完成程式後，接下來就是將程式碼上傳到 Arduino 板子上。若遇到任何錯誤，用 "ls -l"的指令確認 Arduino 被賦予的權限。你也必須要將 Arduino IDE 指向正確的USB連接埠 (選單 : tools >> serial port)。

步驟2. 啟動 husky 的 launch檔 

承上步，Arduino能發布速度指令，因此我們要將這些訊息傳送到我們的ROS環境，輸入以下指令開啟 husky的相關設定 :

roslaunch husky_gazebo husky_empty_world.launch

步驟3. 將 Arduino 與 ROS環境連接

rosrun rosserial_python serial_node.py _port:=/dev/arduino

步驟4. 用Arduino發動作訊息

<source : clearpathrobotics>

如上圖，給數位腳位pin8 "High"的訊號，Husky 會前進。給數位腳位pin4 "High"的訊號，Husky 會後退。

此技巧是利用寄生電容的現象。或許這不是一個非常可靠的方法，但對於最少的設備來實現這個簡單的例子是綽綽有餘。

若在移動模擬Husky上遇到任何困難，可試著使用以下指令來確認當你接觸腳位時，實際上被傳送的指令有哪些。

rostopic echo /husky/cmd_vel

若還想了解更多rosserial相關資訊，可見參考資料。

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參考資料 :

• clearpathrobotics : DRIVING HUSKY WITH ROSSERIAL AND AN ARDUINO
• ROS.org : rosserial
• Ubuntu 串口權限問題
• 維基百科 : 寄生電容 (Parasitic capacitance)

#ROS #rosserial #Arduino #husky #launch