Программное обеспечение гусенечного робота (Crawler Bot Software)

Пакет экосистемы Robot Operating System 2 (ROS2) для гусенечной трекер платформы.

Введение

ПО предназначено для управления с верхнего программного уровня. В качестве платформы для развертывания на роботе установлен одноплатный микрокомпьютер NVIDIA Jetson Nano с операционной системой Ubuntu 22.04.03 LTS (Jammy Jellyfish). Весь функционал реализован в популярной среде функционирования роботов ROS2 Humble. Реализовано 3 режима работы платформы:

Отладочный режим (Debug mode) - режим, в котором управление роботом осуществляется через терминал Ubuntu путем обращения к параметрам ROS2 и изменению их. Ниже будут перечислены все доступные параметры взаимодействия с роботом.
Режим ручного управления (Manual mode) - режим, в котором управление роботом осуществляется посредством контроллера. В данный момент реализована поддержка контроллера Playstation 4 (Dualshock 4, DS4). Схема управления при помощи геймпада приведена ниже.
Автоматический режим (Auto mode) - беспилотный режим управления, в котором робот выполняет задачу трекинга объекта на изображении с его камеры и следует за этим объектом, держась на определенном расстоянии. В данный момент реализовано распознавание человека и следование за ним, используя предобученную нейронную сеть. (В будущем планируется распознавание и следование за логотипом РЦР ДГТУ).

Пакет лишь задаёт параметры управления роботом, напрямую с исполнительными органами (моторами, актуаторами, сервоприводами и т.д.) не взаимодействует. При этом он также не обеспечивает связь верхнего уровня (компьютер) и нижнего (микроконтроллер). Подразумевается лишь передача топиков, которые ПО передает на нижний уровень через microROS (запускается отдельно). Получение изображения с камеры внутри пакета также требует заранее отправленного изображения в соответсвующий топик экосистемы.

Установка

Предварительно необходимо создать локальную среду ROS2 на компьютере, если у вас ее еще нет:

mkdir -p ~/dev_ws/src

Перейти в папку локальной среды ROS2
```
cd ~/dev_ws/src
```

Клонировать репозиторий

git clone https://github.com/RCR-DSTU/crawler-bot-software.git

Вернуться в рабочую среду ROS2
```
cd ~/dev_ws
```
Забилдить проект
```
colcon build
```
Засорсить глобальную среду ROS2 в текущую оболочку
```
source /opt/ros/humble/setup.bash
```
Засорсить локальную среду ROS2 в текущую оболочку
```
. install/setup.bash
```

Запуск

Запуск программы осуществляется запуском ноды с названием crawler_bot:

ros2 run crawler_bot crawler_bot_run

Запуск означает, что программа начнет попытки подключения к контроллеру DS4, топикам, содержащим изображения с камеры цвета и глубины, создаст топики для отправки в среду microROS. Изначально следует запустить драйвер камеры, чтобы была возможность в любой момент включить изображение или автоматический режим.

API

Получаемые топики

Название	Тип сообщения	Описание
/camera/color/image_raw	sensor_msgs/Image	Цветное изображение с камеры для детектирования объекта следования
/camera/depth/image_rect_raw	sensor_msgs/Image	Изображение глубины с камеры для измерения расстояния до объекта следования

Отправляемые топики

Название	Тип сообщения	Описание
/crawler_bot/twist	geometry_msgs/Twist	Линейные и угловые скорости движения робота

Основные параметры

Параметры, которые можно изменять в любой момент работы робота, по большей части управляются через терминал.

Название	Тип переменной	Описание
operating_mode	integer	3 режима соответствуют значениям: DEBUG - 0, MANUAL - 1, AUTO - 2
use_camera	bool	Активация работы камеры

Пример изменения параметра в терминале: ros2 param set crawler_bot operating_mode 1

Описание режимов

Отладочный (DEBUG). Работа в этом режиме позволяет изменять скорость движения робота путем задания параметров:
- crawler_bot/linear_velocity - движение робота вдоль оси x, диапазон значений -1.0 ... 1.0
- crawler_bot/angular_velocity - движение робота вокруг оси z, диапазон значений -1.0 ... 1.0
Ручной (MANUAL). Работа в этом режиме позволяет изменять скорость движения робота путем отклонения правого стика геймпада, причем отклонения влево-вправо изменяют улговую скорость, вверх-вниз - линейную. Так же в этом режиме доступно переключение на любой другой режим путем нажатия стрелок вверз (AUTO), вниз (DEBUG). Кнопка Share позволяет включать и выключать камеру. На рисунке ниже приведена схема управления геймпадом.
- Right stick Движение стика вперед/назад задает линейную скорость робота вдоль оси х, диапазон значений -1.0 ... 1.0. Даижение стика влево/вправо задает угловую скорость вокруг оси z, диапазон значений -1.0 ... 1.0.
- Share Нажатие кнопки включает/выключает отображение картинки с камеры.
- Arrow up Нажатие на кнопку переключает режим в Автоматический.
- Arrow down Нажатие на кнопку переключает режим в Отладочный.
Автоматический (AUTO). Работа в этом режиме позволяет в автономном режиме роботу следовать за объектом, который распознается на изображении камеры