ROS与Matlab语言入门教程-从Simulink连接到ROS使能的机器人

用户可以使用Simulink连接到一个物理机器人或者ROS使能的机器人仿真器，如Gazebo，用户将在本例程学习如下内容：

• 配置Simulink以连接到使用ROS的单独机器人仿真器；
• 发送速度命令到仿真机器人；
• 从仿真机器人接收位置信息。

下面是用户将在本例程中创建的模型，如图2.2.1所示。

任务1-启动机器人仿真器

本任务中，用户将启动一个基于ROS的仿真差动机器人仿真器，该仿真器在如下的主题接收和发送消息：

在“/mobile_base/commands/velocity”主题上，接收“geometry_msgs/Twist”类型的速度指令消息。

以“nav_msgs/Odometry”类型的消息，发送里程计的信息到“/odom”主题。

有如下两种方式设置基于ROS的仿真器：

• 方式一：在MATLAB中的仿真器
  该方式使用一个简单的基于MATLAB的仿真器，绘制机器人的当前位置到一个单独的图像窗口。
  在MATLAB命令行输入“rosinit”指令，这将创建一个本地的ROS主控节点，网络地址（URI）为http://localhost:11311。
  输入“ExampleHelperRobotSimulator”启动机器人仿真器，打开一个图像窗口如图2.2.2所示。

• 方式二：Gazebo仿真器
  该方式使用一个“Gazebo”中的仿真器“TurtleBot”。
  参阅“开始使用Gazebo和仿真TurtleBot”获取有关设置Gazebo环境的说明。
  在虚拟机上的Ubuntu桌面上，点击“Gazebo Empty”图标。
  注意ROS主控节点的网络地址（URI）类似：http://192.168.84.128:11311。
  用户可以通过在Ubuntu的终端窗口输入“rostopic list”，验证Gazebo的环境设置是否正确，应该可以看到话题列表包含了“/mobile_base/commands/velocity”话题和“/odom”话题。

任务2-配置Simulink以连接到ROS网络

（1）从模型菜单，选择“Tools > Robot Operating System (ROS) > Configure Network Addresses”，如图2.2.3所示。

（2）在“ROS Master”区域，下拉“Network Address”的内容并选择“Custom”。
如果用户选择方式一（MATLAB 仿真器），确保“Hostname/IP Address”设置为“localhost”，“Port”设置为“11311”。
如果用户选择方式二（Gazebo 仿真器），指定Gazebo中ROS主控节点的IP地址和端口号码，例如http://192.168.60.165:11311，那么在“Hostname/IP address”中输入“192.168.60.165”，在“Port”中输入“11311”，如图2.2.4所示。

任务3-发送速度指令到机器人

本任务中，用户将会创建一个发布器用于发送控制命令（线性和角度速度）到仿真器。用户可以使用“Slider Gain”块使得这些速度是可调的。ROS使用右手坐标系统，那么X代表前方，Y代表左侧而Z代表上方。控制指令使用“geometry_msgs/Twist”消息传输，此处“Linear.X”表示前向线性速度（m/s），“Angular.Z”表示绕Z轴的角速度（rad/s）。

打开一个新的Simulink模型。

从库浏览器的“Robotics System Toolbox”选项卡，拖放一个“Publisher”会到模型中并双击。设置“Topic source”域到“Select From ROS network”，点击“Topic”域旁边的“Select >>”，选择“/mobile_base/commands/velocity”并点击“OK”，注意，消息类型“geometry_msgs/Twist”是自动设定的。

从库浏览器的“Robotics System Toolbox”选显卡，拖放一个“Blank Message”块到模型中并双击。点击“Message type”旁边的“Select >>”，选择“geometry_msgs/Twist”并点击“OK”。

从库浏览器的“Simulink > Signal Routing”选项卡，拖放一个“Bus Assignment”块到模型中。

按如下方式连接“Blank Message”，“ Bus Assignment”和“Publish”：点击“Simulation > Update Diagram”确认总线消息是否正确的传播。用户可能得到一个错误信息“Selected signal 'signal1' in the Bus Assignment block 'untitled/Bus Assignment' cannot be found in the input bus signal”。该错误是预料中的事，因为将要在下一步得到解决。

双击“Bus Assignment”块，在右侧列表中选择“??? signal1”并点击“Remove”。在左侧列表，展开“Linear”和“Angular”属性，选择“Linear > X”和“Angular > Z”并点击“Select>>”，点击“OK”关闭块。

增加一个“Constant”块、一个“Gain”块和两个“Slider Gain”块，将它们连接起来，如图2.2.7所示，并设“Gain”的值为-1（双击“Gain”）。

设置“Slider Gain”块的限制值和当前值，如图2.2.8所示。

任务4-从机器人接收定位信息

本任务中，用户将会创建一个订阅器接收被发送到“/odom”话题的消息，还会提取机器人的（X,Y）坐标并绘制机器人的路径。

从库浏览器的“Robotics System Toolbox”选项卡，拖放一个“Subscribe”块到模型中并双击。设置“Topic source”域到“Select From ROS network”，点击“Topic”域旁边的“Select>>”并选择话题为“/odom”并点击OK。注意，消息类型“nav_msgs/Odometry”是自动设定的。

从库浏览器的“Simulink > Signal Routing”选项卡，拖放一个“Bus Selector”块到模型中，连接“Subscribe”块的输出端口到“Bus Selector”块的输入端口，点击“Simulation > Update Diagram”确认总线的信息是否正确传播。

双击“Bus Selector”块，在右侧的列表选择“??? signal1”和“??? signal2”并点击“Remeve”。在左侧的列表，展开“Pose > Pose > Position”并选择“X”和“Y”，点击“Select>>”并点击“OK”。

从库浏览器的“Simulink > Sinks”选项卡，拖放一个“XY Graph”块到模型中。将“Bus Selector”的输出端口连接到“XY Graph”的输入端口。

整个模型应看起来如如2.2.10所示。方便起见，包含了一个预先配置的模型。

任务5-配置和运行模型

本任务中，用户将会配置并运行模型。

点击“Simulation > Model Configuration Parameters”，在“Solver”面板，设置“Type”为“Fixed-step”，“Fixed-step size”的值为0.01。

设置仿真停止时间为“inf”。

点击“Play”按钮开始仿真，一个XY图将会出现。在仿真器和XY图，用户应该能够看到机器人绕圆周运动。

在仿真运行的过程中，改变“Slider Gain”块的值以控制机器人，如果机器人跑出XY图的范围，双击“XY Graph”块并改变X和Y轴的限度值（仿真运行期间还可以更改）。

点击“Stop”按钮，停止仿真。