ROS与传感器教程-razor-imu-9dof使用（旧固件）

ros与传感器-razor-imu-9dof使用（旧固件）

说明：

• 介绍razor-imu-9dof相关信息，使用，校准等
• 点击淘宝采购对应产品

razor_imu_9dof说明

• razor_imu_9dof是一个为Sparkfun Razor IMU 9DOF提供ROS驱动程序的软件包。

• 它还提供在Razor板上运行的Arduino固件，必须安装在Razor板上才能使系统正常工作。

• 提供显示IMU板的姿态（roll翻滚，pitch俯仰和yaw偏航）的节点用于测试。

• 库地址： https://github.com/KristofRobot/razor_imu_9dof.git

• 这是针对不同Sparkfun Razor IMU 9DOF（自由度）传感器板的驱动程序包。

• IMU板包含3轴磁力计，陀螺仪和加速度计。

• 驱动程序也应该使用Sparkfun传感器，但你必须弄清楚如何将传感器棒连接到arduino并适当修改固件

• Razor有一个板载Arduino，它运行与这个ROS驱动程序一起工作的Attitude Heading Reporting System（AHRS）固件。

• 您必须使用Arduino IDE将ROS AHRS固件加载到它上面。

• （Sparkfun发布的电路板仅包含传感器值打印固件。）

• AHRS固件的ROS版本在此软件包中，源自Peter Bartz的原始AHRS Razor固件。

理论：

• 在Razor内部，使用方向余弦矩阵（DCM）算法完成加速度计，磁力计和陀螺仪数据的融合。
• 该算法还负责处理传感器噪声和数值误差。
• 它基于William Premerlani撰写的这篇论文。
• 有关更详细的信息，请查看Robert Mahony撰写的这些论文。

硬件：

• Razor IMU board
• The FTDI Basic Breakout

软件：

• 安装arduino，下载Arduino IDE 最新版本
• Arduino 插件环境配置，参考
• 在linux下，安装Visual Python

sudo apt-get install python-visual

• 源码安装：

$ cd catkin_ws/src
$ git clone https://github.com/KristofRobot/razor_imu_9dof.git
$ cd ..
$ catkin_make

• apt安装：

$ sudo apt-get install ros-indigo-razor-imu-9dof

arduino IDE配置：

• 打开arduino IDE, 文件->首选项->项目文件夹位置
• 一般是~/sketchbook 或~/Arduino名称结尾，不同版本名称有差异
• 拷贝AHRS固件到IDE的库目录，假设我们路径是在

$ roscd razor_imu_9dof
$ cp -r src/Razor_AHRS ~/Arduino

• 重启arduino IDE
• 打开项目文件夹，Razor_AHRS 选择 Razor_AHRS
• 选择 “工具” -> “开发板”

• 选择 “工具” -> “端口”

• 选择 “项目” -> “上传”

配置文件：

• 配置yaml文件

$ roscd razor_imu_9dof/config
$ cp razor.yaml my_razor.yaml

坐标轴说明：

• Razor_AHRS固件使用的坐标系的定义不同于在板上打印的坐标框架以及ROS坐标框架的定义。
• 在下面的测试部分中测试Razor AHRS和ROS 话题输出时，您将会遇到这些差异。
• Razor_AHRS固件使用：

X轴指向前方（朝向带有连接器孔的短边）
Y轴指向右侧
Z轴指向下方

• 忽略电路板上的标签并在安装使用此坐标框架。
• 然而，这与ROS在REP-103中定义的右手坐标系不同，后者使用：

X轴指向前方（朝向带有连接器孔的短边）
Y轴指向左侧
Z轴朝上

• ROS坐标系相对于Razor_AHRS坐标系围绕X轴旋转180度。
• razor_imu_9dof节点将Razor_AHRS测量值转换为ROS坐标系。
• 注意：在串行监视器上查看Razor_AHRS数据和ROS /imu主题时，很容易混淆。

利用Arduino IDE测试：

• 打开IDE，选择工具->窗口监视器

• 这三个数字代表YPR（Yaw，Pitch和Roll）的度数。

利用rviz测试

• 安装imu_tools工具

sudo apt-get install ros-kinetic-imu-tools

• 执行命令，启动imu：

$ roslaunch razor_imu_9dof razor-pub-and-display.launch

• 启动rviz

rviz 

• 选择对应的插件，rviz_imu_plugin
• 选择对应的话题，/imu_data

利用GUI测试

• 执行命令：

$ roslaunch razor_imu_9dof razor-pub-and-display.launch

• 显示图：

利用话题输出测试：

• 执行命令：

$ roslaunch razor_imu_9dof razor-pub.launch

• 执行：

  $ rostopic list
  $ rostopic echo /imu

传感器校准：

• 根据传感器的好坏，通过校准传感器可以大大提高Razor AHRS的精度和响应性。
• 如果没有校准，你可能会得到像这样的效果
• 1. 但你roll翻滚时候会出现yaw偏航漂移
• 2. 指向上，姿态实际没有指上
• 根据校准测量结果，您编译到固件中，固件会尝试补偿所有三个传感器：
• 1.错误缩放的传感器轴：例如 如果加速度计x轴测量200个单位，而加速度计y轴测量230个单位且施加相同的力。
• 每个传感器的所有三个轴应该是一致的。
• 2.零偏移：例如 如果任何陀螺仪轴在电路板不移动时报告非零值。
• 现在这些补偿随着时间的推移不具有适应性。
• 它们保持不变，它们与您硬编码到固件中的校准测量结果一样好。

磁力计相关：

• 磁力计在校准方面具有一些特殊性，因为不仅存在内部传感器的不准确性和噪声，还存在外部磁场失真。
• 良好的磁力计性能对于在所有方向上产生正确的航向至关重要
• 因此，如果您在扭曲的环境中进行校准，则始终会出现错误。
• 存在几种类型的磁场畸变。 首先是软铁和硬铁变形。
• 其次，失真源可以相对于传感器（即，与传感器一起移动和旋转）或独立于传感器（与世界相连或在世界上独立移动）。
• 要了解软铁和硬铁变形以及可能的补偿方法，请看参考1，参考2和参考3。

校准准备：

• 在校准前几分钟通电，这样传感器就可以预热了
• 打开$(find razor_imu_9dof)/src/Razor_AHRS/Razor_AHRS.ino文件
• 找到"USER SETUP AREA" / "SENSOR CALIBRATION"
• 这里是之后要修改的测量值的地方
• 选择对应的端口，开发板
• 打开串口监视器，一般会显示内容如下：

• 设置进入加速度校准模式,输入#oc

• 显示有：

accel x,y,z (min/max) = 69.95/76.29  -205.93/-198.97  -131.96/-116.09

校准加速度计

• 我们将尝试在每个轴上找到地球引力的最小和最大输出值。
• 移动电路板时，请缓慢移动电路板，以使应用的加速度尽可能小。 我们只想要纯粹的引力！
• 拿起电路板并用x轴直接指向下方（请记住：x轴=面朝向带有连接器孔的短边）。
• 当你这样做时，你可以看到x-maximum（第二个值）越来越大。
• 保持电路板非常稳定，再次发送#oc重置测量。
• 现在小心地将电路板向各个方向倾斜一点，直到值不再变大，并记下x最大值。
• 对相反的方向（x轴向上）做同样的事情以获得x最小值：进入位置，发送#oc以重置测量，找到x最小值并将其写下来。
• 对z轴（向下和向上）和y轴（向右和向左）执行相同的操作。
• 如果您认为通过摇动或移动电路板太快而搞砸了测量，您可以随时通过发送#oc来重置。
• 您现在应该拥有所有最小/最大值。 把它们写入到Razor_AHRS.ino。
• 注意：这样做时你必须非常小心！ 即使用手指轻轻敲击电路板也会弄乱测量（试试！）并导致校准错误。
• 经常使用#oc并仔细检查你的最小/最大值）

校准陀螺仪

• 将Razor AHRS放在桌面上。
• 我们仍处于加速度计的校准模式。 发送#on两次，这会将校准跳过磁力计移动到陀螺仪的校准模式。

• 显示有：

gyro x,y,z (current/average) = 0.00/0.00  -0.00/-0.00  0.00/0.00

• 等待10秒钟，不要移动Razor AHRS。 它将收集并平均所有三个轴上陀螺仪的噪声。
• 可以看到如

gyro x,y,z (current/average) = -29.00/-27.98  102.00/100.51  -5.00/-5.85

• 如果您认为通过摇动或移动电路板搞乱了测量，可以通过发送#oc来重置。
• 取每对的第二个值并将它们放入Razor_AHRS.ino中。

校准磁力计

• 此过程可补偿硬铁和软铁错误。
• 仍然，在两种情况下，失真源必须在传感器坐标系中固定，即与传感器一起移动和旋转。
• 要开始校准，请将传感器放在稍后将使用的磁环境中
• 例如 在机器人的确切位置。 机器人的电机中有很强的磁铁，磁力计经常安装在机器人上方以形成物理隔离。
• 使用“测试AHRS”部分中的一个步骤显示Razor AHRS输出
• 测试传感器是否受到机器人附近的影响。
• 将Razor AHRS移动得离机器人越来越远，同时保持姿态不变，并确保所需安装位置的读数不受机器人附近的影响。
• 测试电机运行时传感器是否受影响。
• 向前和向后运行机器人电机（机器人在支架上！）。 如果输出发生变化，则需要将Razor AHRS远离机器人。
• 下载并安装Processing。 我们将使用它来编译和运行测试程序。
• 退出从传感器读取的所有应用程序（例如串行监视器，3D可视化GUI，...）
• 并运行Processing，打开位于$(find razor_imu_9dof)/magnetometer_calibration/Processing/Magnetometer_calibration
• 注意：您必须首先安装EJML库，否则草图将不会运行。
• 怎么做？ 请查看Magnetometer_calibration.pde顶部的NOTE。
• 尝试以某种方式旋转传感器，以便覆盖所有方向，以便产生或多或少均匀覆盖球体的点。
• 在一个大多没有失真的环境中，这看起来像这样：

• 点击SPACE并观察处理控制台
  
• 您将找到一些代码行，您必须在“用户设置区域”/“传感器校准”下输入固件，然后您就完成了。