MEPhI_ROS2_drone

MEPhI_ROS2_drone - это двухколесный робот с открытым исходным кодом, разработанный для образовательных целей командой студентов из НИЯУ МИФИ. MEPhI_ROS2_drone полностью интегрирован с ROS2 и является отличной базовой платформой для плавного введения в ROS2. Благодаря открытому коду и исходным файлам 3D моделей любой желающий может модифицировать и настроить робота в соответствии со своими требованиями.

*Данный проект является форком проекта Andino, ПО, конструкция и электрическая схема которого были доработаны под наши требования.

Описание проекта

• 3D: 3D модели деталей и сборки робота, также содержит .stl для 3D печати и .dxf для лазерной резки
• schematic: электрическая схема робота и инструкция по ее сборке
• MEPhI_ROS2_drone_hardware: содержит инструкцию по сборке MEPhI_ROS2_drone и перечень используемого оборудования
• MEPhI_ROS2_drone_firmware: содержит код отладочной платы Arduino UNO R3 для сопряжения с raspberry pi 4 и инструкцию по его заливке на плату
• MEPhI_ROS2_drone_bringup: содержит файлы запуска для старта всех связанных драйверов и нод, которые будут использоваться в роботе
• MEPhI_ROS2_drone_description: содержит описание робота в формате .urdf
• MEPhI_ROS2_drone_base: это программно-аппаратный модуль проекта, который обеспечивает связь с микроконтроллером для управления моторами и предоставляет утилиты для отладки
• MEPhI_ROS2_drone_control: запускает controller_manager вместе с ros2 controllers: diff_drive_controller и joint_state_broadcaster
• MEPhI_ROS2_drone_slam: обеспечивает работу SLAM (одновременная локализация и построение карты)
• MEPhI_ROS2_drone_navigation: стек навигации, основанный на Nav2

Видеоматериалы работы

Отображение LaserScan в rviz2

Построение карты в ручном режиме

Автономное движение по карте

Сборка MEPhI_ROS2_drone

• Сборка конструкции робота подробно описана в andino_hardware
• Сборка электрической схемы подробно описана в schematic

Установка Ubuntu 22.04 на Raspberry Pi

Для работы MEPhI_ROS2_drone на Raspberry Pi 4B необходимо установить и настроить Ubuntu 22.04 LTS.

Шаг 1: Загрузка и запись образа

1. Перейдите на сайт https://ubuntu.com/download/raspberry-pi
2. Выберете руководство по установке Ubuntu Desktop

Шаг 2: Начальная настройка

1. Вставьте карту MicroSD в Raspberry Pi и подключите кабель питания USB-C
2. Подключите монитор и клавиатуру
3. Проследуйте указаниям на экране
4. Запустите терминал и введите

sudo apt update && sudo apt upgrade -y

5. Проверьте версию Ubuntu (ожидаемый вывод: Ubuntu 22.04 LTS):

lsb_release -a

6. Проверьте подключение к интернету:

ping google.com

Настройка USB портов

Назначьте фиксированные имена USB-портам для стабильного распознавания устройств в ROS2.

1. Подключите Arduino UNO R3 и RPLIDAR A1 к Raspberry Pi
2. Просмотрите подключенные USB-устройства:

ls -l /dev/ttyUSB*

Пример вывода:

crw-rw---- 1 root dialout 188, 0 Apr 06 03:10 /dev/ttyUSB0
crw-rw---- 1 root dialout 188, 1 Apr 06 03:10 /dev/ttyUSB1

3. Определите устройства:

• Отключите RPLIDAR и снова выполните ls -l /dev/ttyUSB*. Исчезнувшее устройство — RPLIDAR
• Повторите для Arduino
• Пример: /dev/ttyUSB0 = Arduino, /dev/ttyUSB1 = RPLIDAR

4. Получите идентификаторы устройств:

udevadm info --name=/dev/ttyUSB0 --attribute-walk | grep -i "serial\|vendor"

Пример для Arduino:

ATTRS{serial}=="A1234567"
ATTRS{vendor}=="Arduino"

Пример для RPLIDAR:

ATTRS{serial}=="B7890123"
ATTRS{vendor}=="SLAMTEC"

5. Создайте правила udev:

• Отредактируйте файл правил:

sudo nano /etc/udev/rules.d/99-usb-serial.rules

• Добавьте (замените serial на ваши значения):

SUBSYSTEM=="tty", ATTRS{serial}=="A1234567", SYMLINK+="ttyUSB_ARDUINO"
SUBSYSTEM=="tty", ATTRS{serial}=="B7890123", SYMLINK+="ttyUSB_LIDAR"

• Сохраните (Ctrl+O, Enter, Ctrl+X)

6. Перезагрузите правила:

sudo udevadm control --reload-rules
sudo udevadm trigger

7. Проверьте новые имена:

ls -l /dev/ttyUSB*

Ожидаемый вывод:

lrwxrwxrwx 1 root root 7 Apr 06 03:15 /dev/ttyUSB_ARDUINO -> ttyUSB0
lrwxrwxrwx 1 root root 7 Apr 06 03:15 /dev/ttyUSB_LIDAR -> ttyUSB1

Прошивка отладочной платы Arduino UNO R3

Следуйте руководству в MEPhI_ROS2_drone_firmware

Установка ROS2 Humble

Шаг 1: Установка зависимостей

1. Настройте локализацию:

sudo apt update && sudo apt install -y locales
sudo locale-gen en_US en_US.UTF-8
sudo update-locale LC_ALL=en_US.UTF-8 LANG=en_US.UTF-8
export LANG=en_US.UTF-8

2. Добавьте репозиторий ROS2:

sudo apt install -y software-properties-common
sudo add-apt-repository universe
sudo apt update && sudo apt install -y curl gnupg lsb-release
sudo curl -sSL https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/ros.key -o /usr/share/keyrings/ros-archive-keyring.gpg
echo "deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/usr/share/keyrings/ros-archive-keyring.gpg] http://packages.ros.org/ros2/ubuntu $(lsb_release -cs) main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/ros2.list > /dev/null

Шаг 2: Установка ROS2

1. Установите ROS2 Humble Desktop:

sudo apt update
sudo apt install -y ros-humble-desktop

2. Установите инструменты разработки:

sudo apt install -y python3-colcon-common-extensions python3-rosdep python3-vcstool

3. Инициализируйте rosdep:

sudo rosdep init
rosdep update

4. Настройте окружение:

echo "source /opt/ros/humble/setup.bash" >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc

Сборка рабочего пространства MEPhI_ROS2_drone

Шаг 1: Клонирование репозитория

1. Создайте рабочее пространство:

mkdir -p ~/MEPhI_ROS2_drone_ws/src
cd ~/MEPhI_ROS2_drone_ws/src

2. Склонируйте репозиторий:

git clone -b humble https://github.com/Muhamedli/MEPhI_ROS2_drone.git

Шаг 2: Установка зависимостей

1. Установите зависимости ROS:

cd ~/MEPhI_ROS2_drone_ws
rosdep install --from-paths src --ignore-src -r -y

Шаг 3: Сборка

1. Соберите проект:

colcon build

2. Подгрузите окружение:

echo "source ~/MEPhI_ROS2_drone_ws/install/setup.bash" >> ~/.bashrc
source ~/MEPhI_ROS2_drone_ws/install/setup.bash

Настройка и запуск SLAM

SLAM позволяет роботу строить карту неизвестной среды и одновременно определять свое местоположение. В этом разделе используется пакет MEPhI_ROS2_drone_slam с алгоритмом Cartographer.

Шаг 1: Запуск базовых нод

1. Запустите базовые ноды робота:

ros2 launch andino_bringup andino_robot.launch.py

Это активирует ноды для работы с двигателями и лидаром.

2. Проверьте доступные топики:

ros2 topic list

Ожидаемые топики:

• /odom: данные одометрии
• /scan: данные лидара

Шаг 2: Запуск SLAM

1. Запустите SLAM:

ros2 launch andino_slam slam_toolbox_online_async.launch.py

2. Запустите rviz:

rviz2

3. Управляйте роботом для построения карты:

• В новом терминале запустите телеуправление:

ros2 launch andino_bringup teleop_keyboard.launch.py

• Используйте клавиши (исполнительные клавиши будут отображены на мониторе) для медленного перемещения робота по помещению

Шаг 3: Сохранение карты

1. Сохраните созданную карту:

ros2 run nav2_map_server map_saver_cli -f ~/andino_map

• Карта сохранится в файлах andino_map.pgm и andino_map.yaml в домашней директории

2. Остановите SLAM:

• Нажмите Ctrl+C в терминале с SLAM

Шаг 4: Повторное использование карты

1. Запустите навигацию с сохраненной картой:

ros2 launch andino_navigation bringup.launch.py map:=~/andino_map.yaml

2. Установите начальную позицию в RViz:

• Используйте инструмент 2D Pose Estimate в RViz
• Щелкните на карте, чтобы указать приблизительное положение робота

Устранение неполадок

1. Лидар не работает:

• Проверьте порт:

ls -l /dev/ttyUSB_LIDAR

• Убедитесь, что RPLIDAR подключен и питается

2. Двигатели не реагируют:

• Проверьте прошивку Arduino: отправьте o 100 100 через Монитор порта
• Убедитесь, что порт /dev/ttyUSB_ARDUINO доступен

3. Карта не строится:

• Проверьте топик /scan:

ros2 topic echo /scan

• Убедитесь, что робот движется и лидар собирает данные

4. RViz не открывается:

• Убедитесь, что RViz установлен:

sudo apt install -y ros-humble-rviz2