liuyustudio/RosCar

用以学习、展示 ROS 系统应用的树莓派小车模型 。

ROS Car

用以学习、展示 ROS 系统应用的树莓派小车模型 。

• 1. 前言
• 2. 项目
  • 2.1. 开发准备
    • 2.1.1. 硬件
    • 2.1.2. 软件
  • 2.2. 系统框架
    • 2.2.1. Top View
  • 2.3. Interface
  • 2.4. 基础架构
  • 2.5. 子模块说明
    • 2.5.1. cli
    • 2.5.2. interface
    • 2.5.3. pilot
      • Service
    • 2.5.4. roscar_common
    • 2.5.5. video_node
      • Message
      • Service
    • 2.5.6. video_recorder
• 3. 通讯协议
• 4. ROS Car Server
• 5. ROS Car
  • 5.1. ROS Car 框架图
• 6. ROS Interfaces
• 7. 其它
  • 7.1. 推荐列表

1. 前言

开始这个项目的目的有三：

• 一是：学习 ROS 系统框架并进行实践

  ROS 是目前比较热门的系统，它的顶层框架简单，通过官方文档 https://www.ros.org 两三天就可建立起相关框架概念。在了解 ROS 基础架构之后需要在实际场景中进行实践，这就是此项目的目的之所在。

• 二是：学习 Python

  虽之前零零星星看过 Python，也用之实现过小项目，但终因没有进行系统地学习与实践，以至于心中一直不认为自己已掌握此编程语言。所以想借此项目继续 Python 项目的学习。

  通过几次测试发现，ROS kinetic 版本与 python3 并不能很好的兼容。又因需配合朋友一起学习 ROS，所以暂不能在此项目中使用 ROS 后续版本。 因此决定，将 python 学习计划取消，改为用 C++ 来实现此项目。

• 三是：学习通过 github 进行代码管理与使用

  虽多年前就已经在 github 上观摩、学习各位大神的作品，但自己一直没在上面建过开源项目。所以也借此机会丰富自己的 github 技能。

此项目以概念学习为主，所以在架构设计、系统性能等方面必然有所欠缺。如大家在此方面有所要求，还请参阅其它相关项目，在此不再详述。

2. 项目

2.1. 开发准备

2.1.1. 硬件

• PC 开发环境

  略

• 树莓派及相关配件

  • 树莓派 2B 及以上版本均可。如需实现无线操作，可在 Raspberry Pi 2B 上接入 USB 转 蓝牙 或 wifi 模块。为方便，也可使用自带 wifi 的树莓派版本（如：Raspberry Pi 3B 及以上）。
  • 步进电机及控制电路板。
  • 其它零配件，如 车架、摄像头固定架、设备电源、车轮等。

2.1.2. 软件

• OS

  推荐使用 Linux 系统（可使用虚拟机环境）。具体安装、配置操作略。

• ROS

  Ubuntu 环境的安装、配置可参考:

  • http://www.ros.org
  • http://www.liuyu.com/linux/ubuntu/ros/2019/07/12/install-ros-on-ubuntu.html

2.2. 系统框架

2.2.1. Top View

从最上层看， RosCar 系统如下图所示：

• 外部系统

  外部系统包括操作、管理人员以及其它系统、程序等。这部分不在本系统管理范围内。外部系统可利用本系统提供的 UI 、API 以及监控系统与本系统进行交互操作。

• 控制器：

  此部分为 ROS Car 的管理服务器。对外，通过 CLI 及 API 与外部系统/人员进行交互。对内，通过 ROS 系统实现对终端设备的操作与管理。

• 终端设备：

  此为 ROS Car 终端。在此项目中明确为：基于树莓派的带摄像头的可远程控制的小车。

2.3. Interface

项目中各模块间的接口如下图所示：

• 控制器与终端的接口链路将使用 ROS 系统内部通讯机制。
• 控制器对外将提供 CLI 及 API 接口, 外部系统可通过接口与本系统进行交互。
• 某些特殊类型数据流接口，如：视频流传输接口，将在特定章节中加以说明。

从终端用户的角度预测，本系统对外的接口需要提供的功能如下用例图所示：

2.4. 基础架构

ROS Car 项目基础架构如下图所示:

2.5. 子模块说明

2.5.1. cli

TBD

2.5.2. interface

TBD

2.5.3. pilot

Service

• Info

  ---
  string id
  string type
  string name
  

• Move

  float32 angle
  float32 power
  float32 duration
  ---
  int32 err_code
  string err_msg
  

2.5.4. roscar_common

TBD

2.5.5. video_node

Message

• VideoStream

  int8[] buffer
  

Service

• StreamDeregister

  string node_id
  string video_id
  ---
  int32 err_code
  string err_msg
  

• StreamForward

  string node_id
  string video_id
  ---
  int32 err_code
  string err_msg
  string topic
  

• StreamList

  ---
  string video_list
  

• StreamRegister

  string node_id
  string video_id
  string addr
  int32 port
  ---
  int32 err_code
  string err_msg
  

2.5.6. video_recorder

TBD

3. 通讯协议

为在外部系统与 ROS Car 服务器 以及 ROS Car 服务器 与 ROS Car 终端之间进行数据交互， 在项目中设计了一套简易通讯协议。 关于此通讯协议的详细内容，请参见:

RCMP

4. ROS Car Server

TBD.

5. ROS Car

5.1. ROS Car 框架图

ROS Car 框架如下图所示

6. ROS Interfaces

TBD.

7. 其它

7.1. 推荐列表

• 用 ROS 当然需要访问 ROS 官网：https://www.ros.org
• 此项目中配图多为通过 yEd (https://www.yworks.com) 绘制。此工具小巧灵活，方便好用，推荐之。
• 虽然对 M$ 一直不怎么感冒，但他家可在 Linux 下使用的 VSCode 真不错：https://code.visualstudio.com