07-2-TurtleBot3家庭服务挑战

小芽科技 2022-07-26 11:58:28

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本文档由北京小芽科技翻译，原文来自于ROBOTIS官方技术文档。

7.10 TurtleBot3家庭服务挑战

注意。
- 本说明在Ubuntu 16.04和ROS Kinetic Kame上测试。
- 更多信息，请参阅OpenMANIPULATOR e-Manual和[ROS 1] Turtlebot3 Manipulation

家庭服务挑战赛场和对象

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7.10.1 入门指南

注意。在PC中安装家庭服务挑战包之前，请务必完成以下说明。
- TurtleBot3电脑设置
- TurtleBot3 SBC设置
- OpenMANIPULATOR-X软件包

先决条件

1	TurtleBot3 Waffle Pi

它是使用家庭服务挑战包进行移动复制的基本模式。
提供的源代码，家庭服务挑战包，是基于TurtleBot3 Waffle Pi制作的。

1	OpenMANIPULATOR-X

OpenMANIPULATOR-X是一个官方机器人平台，可以在家庭服务挑战赛中与Turtlebot3一起使用移动复制功能。

Remote PC

它与Turtlebot3上的单板计算机（SBC）进行通信。
笔记本电脑、台式机或其他带有 ROS 1 的设备。

远程 PC 设置

[远程PC] 安装 Home Service Challenge 软件包.

1
2
3

$ cd ~/catkin_ws/src/
$ git clone -b kinetic-devel https://github.com/ROBOTIS-GIT/turtlebot3_home_service_challenge.git
$ cd ~/catkin_ws && catkin_make

[远程PC] 在远程电脑上安装额外的依赖包

1	$ sudo apt-get install ros-kinetic-ar-track-alvar ros-kinetic-ar-track-alvar-msgs

[远程PC] 在RViz上用OpenMANIPULATOR加载TurtleBot3 Waffle（或Waffle Pi）。
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$ export TURTLEBOT3_MODEL=${TB3_MODEL}
$ roslaunch turtlebot3_manipulation_description turtlebot3_manipulation_view.launch use_gui:=true
注意: 在执行命令前，指定${TB3_MODEL}：waffle，waffle_pi。按照Export TURTLEBOT3_MODEL指令设置永久导出设置。

Rviz 界面
[远程PC] 为了远程使用你的电脑，你需要制作SSH密钥。创建一个脚本文件来生成SSH密钥。

1	$ nano ~/tb3_ssh_keygen

[远程PC] 复制并粘贴以下内容到脚本中，并保存。

#!/bin/bash
argc=$#
args=("$@")
if [ 0 -eq $argc ]
then
  echo "need to argument that host ip for ssh connection"
  echo "Usage: $0 [ip address] ..."
  exit 1
fi
for((index = 0; index < $#; index++ ))
do
  ssh-keygen -R ${args[$index]}
  ssh-keyscan ${args[$index]} >> ~/.ssh/known_hosts
done

[远程PC] 使文件可执行。
1
$ chmod +x ~/tb3_ssh_keygen
[远程PC]用TurtleBot3的IP地址执行该文件。确保远程电脑和TurtleBot3连接在**同一WiFi下。
1
$ ~/tb3_ssh_keygen {IP_ADDRESS_OF_TURTLEBOT3}
检查~/.ssh/known_hosts文件是否成功生成了SSH。

SBC 设置

[Turtlebot3 SBC] 使用机器标签，创建位于/home/pi的env.bash文件。
1
$ nano ~/env.bash

[Turtlebot3 SBC] 复制并粘贴以下内容到脚本中，并保存。

#!/bin/bash
# check if other turtlebot3_core is already running
is_running=`ps ax | grep turtlebot3_core`
IFS=' ' read -ra is_runnings <<< "$is_running"
process_name=${is_runnings[4]}
if [ ${process_name} == "python" ]
then
  echo "other turtlebot3_core is already running."
  exit 1
fi
#### ROS ####
source /opt/ros/kinetic/setup.bash
source ~/catkin_ws/devel/setup.bash
#### ROS Network ####
ip_address=`hostname -I`
ip_address_trim=${ip_address%% * }
ip_address_no_space="$(echo -e "${ip_address_trim}" | tr -d '[:space:]')"
export ROS_HOSTNAME=${ip_address_no_space}
##### Set TURTLEBOT3 Model ####
export TURTLEBOT3_MODEL=waffle_pi
exec "$@"

使文件可执行。
1
$ chmod +x ~/env.bash

OpenCR 设置

请参阅 OpenCR Setup

Hardware 设置

请参阅 Hardware Setup

7.10.2 Camera 标定

校准相机以减少或尽量减少失真。按照相机校准过程一步步进行。

Camera 设置

[远程PC] 使用以下命令来远程运行摄像机。请确保输入TurtleBot3和远程PC连接在一起的IP地址。
请确保远程电脑和TurtleBot3连接在同一个IP下。
1
$ roslaunch turtlebot3_home_service_challenge_tools turtlebot3_pi_cam_remote.launch address:=TURTLEBOT_IP
[远程PC] 执行rqt_image_view。
1
$ rqt_image_view
在复选框上选择**/raspicam_node/image/compressed（或/raspicam_node/image/**）主题。
[远程计算机] 执行rqt_reconfigure。
1
$ rosrun rqt_reconfigure rqt_reconfigure
点击raspicam_node，并修改参数值以看到摄像机的清晰图像。
打开位于turtlebot3_home_service_challenge_tools/config/camera_calibration的camera.yaml**文件。

将修改后的值写入文件。

ISO: 400
awb_mode: auto
brightness: 50
contrast: 0
exposureCompensation: 0
exposure_mode: auto
hFlip: false
saturation: 0
sharpness: 0
shutterSpeed: 0
vFlip: false
videoStabilisation: false
zoom: 1.0

摄像头内参标定

在A4大小的纸上打印一个棋盘。该棋盘用于本征相机校准。
- 从ROS Wiki下载一个棋盘。
- 关于相机校准的详细信息，请参阅ROS Wiki的camera_calibration。
格子板

[远程PC] 使用以下命令来远程运行摄像机。使用该命令时，请务必包括IP地址。
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$ roslaunch turtlebot3_home_service_challenge_tools turtlebot3_pi_cam_remote.launch enable_raw:=true address:=TURTLEBOT_IP
注意。请确保远程电脑和TurtleBot3连接在同一IP下。
[远程PC] 运行相机内参校准
1
$ rosrun camera_calibration cameracalibrator.py --size 8x6 --square 0.024 image:=/raspicam_node/image camera:=/raspicam_node
注意。正方形的大小可能因打印纸的尺寸A3、A4或其他而不同。在这种情况下，**根据打印纸的方形尺寸，调整给定命令中-square选项的值（0.024）。
使用格子板来校准相机，并点击CALIBRATE。

注意。将棋盘向左、右、上、下和各种角度移动和倾斜，以获得X、Y、Size和Skew校准数据。当数据被充分计算后，X,Y,Size和Skew将有一个绿色条。
点击Commit，将本征校准数据保存到默认文件夹(~/.ros/camera_info)。

打开位于**~/.ros/camera_info**的camerav2_1280x720.yaml文件，从Turtlebot SBC中查看保存的数据，其形式如下面的脚本。

image_width: 1280
image_height: 720
camera_name: camerav2_1280x720
 camera_matrix:
 rows: 3
 cols: 3
 data: [1280.628466572832, 0, 658.384219880362, 0, 1277.989132765768, 360.8363923435625, 0, 0, 1]
distortion_model: plumb_bob
distortion_coefficients:
 rows: 1
 cols: 5
 data: [0.2032697817127332, -0.4147569733010375, -0.001420915782245743, 0.003110652248245379, 0]
rectification_matrix:
 rows: 3
 cols: 3
 data: [1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1]
projection_matrix:
 rows: 3
 cols: 4
 data: [1312.630981445312, 0, 661.4149459665205, 0, 0, 1312.107055664062, 360.0239481801327, 0, 0, 0, 1, 0]

7.10.3 SLAM

SLAM是指同步定位和绘图。利用这一功能，TurtleBot3可以绘制地图。更多相关信息，见SLAM

[远程PC] 使用以下命令来远程运行摄像机。使用该命令时，请务必包括IP地址。
1
$ roslaunch turtlebot3_home_service_challenge_tools turtlebot3_robot_remote.launch address:=TURTLEBOT_IP
注意。请确保远程电脑和TurtleBot3连接在同一IP下。

[远程 PC] 运行 slam 节点。

1	$ roslaunch turtlebot3_home_service_challenge_tools slam.launch

[远程PC] 运行键盘远程操作节点。

1	$ roslaunch turtlebot3_home_service_challenge_tools mobile_teleop_key.launch

节点运行后，以下控制器将显示在终端窗口。

Control Your TurtleBot3!
---------------------------
Moving around:
  w
a s d
  x
   
w/x : increase/decrease linear velocity
a/d : increase/decrease angular velocity
space key, s : force stop
   
CTRL-C to quit

用键盘控制器更新一个地图。

[远程PC]在地图完全更新后保存。

1	$ ROS_NAMESPACE=tb3_hsc rosrun map_server map_saver -f tb3_hsc

map

7.10.4 任务

[远程PC] 运行演示包。在使用该命令时，请确保包括IP地址。这个软件包包含各种功能。带机器标签的远程调出，Moveit，导航，相机感应。
1
$ roslaunch turtlebot3_home_service_challenge_tools turtlebot3_home_service_challenge_demo_remote.launch address:=TURTLEBOT_IP
注意。请确保远程电脑和TurtleBot3连接在同一IP下。
[远程PC] 运行用于执行家庭服务挑战赛任务的经理包。
1
$ roslaunch turtlebot3_home_service_challenge_manager manager.launch

指令

**[远程PC]**在家庭服务挑战期间使用以下命令。

Ready：TurtleBot3将准备开始一项任务。

1	$ rostopic pub -1 /tb3_hsc/command std_msgs/String ready_mission

Start：TurtleBot3将开始一个任务。

1	$ rostopic pub -1 /tb3_hsc/command std_msgs/String start_mission

Stop : TurtleBot3将停止运行一个任务。

1	$ rostopic pub -1 /tb3_hsc/command std_msgs/String stop_mission

Restart：TurtleBot3将按给定的方案重新启动任务。
1
$ rostopic pub -1 /tb3_hsc/command std_msgs/String restart_mission:SCENARIO_NAME
注意。当使用这个命令时，请确保包括一个scenario.yaml文件中的senario名称。关于情景的详细信息，请参见本节下面的配置描述。

操作测试

**[远程PC]**发布以下主题，以测试一个导航或操作功能。

Navigation 导航

$ rostopic pub -1 /tb3_hsc/command std_msgs/String nav_start
$ rostopic pub -1 /tb3_hsc/command std_msgs/String nav_ar_marker_0
$ rostopic pub -1 /tb3_hsc/command std_msgs/String nav_ar_marker_1
$ rostopic pub -1 /tb3_hsc/command std_msgs/String nav_ar_marker_2

Manipulation 机械手操作

$ rostopic pub -1 /tb3_hsc/command std_msgs/String arm_home
$ rostopic pub -1 /tb3_hsc/command std_msgs/String arm_joint
$ rostopic pub -1 /tb3_hsc/command std_msgs/String arm_task
$ rostopic pub -1 /tb3_hsc/command std_msgs/String open_gripper
$ rostopic pub -1 /tb3_hsc/command std_msgs/String close_gripper

配置

**[远程PC]**根据给定环境修改配置文件中的数据。

scenario.yaml：该文件包含一个场景的数据。

文件路径 : /turtlebot3_home_service_challenge_manager/script/scenario.yaml
脚本

SCENARIO_NAME: # start - scenario - finish
  task: TASK_NAME
  args: [0, 1, 2]
  timeout: 10 #sec, 0 : no time out
  next_scenario: find_object
  scenario_on_failure: standby
  retry_times: 0 #times, 0 : no retry

room.yaml：该文件包含家庭服务挑战赛的场馆数据。

文件路径 : /turtlebot3_home_service_challenge_manager/config/room.yaml
脚本

room_1:
  name: toilet
  object:
    marker: ar_marker_0
    position: [0.25, 0, 0.15]
  target:
    marker: ar_marker_4
    position: [0.25, 0, 0.15]
  x: [1.5, 0.6]
  y: [1.5, 0.2]