ROS与Matlab语言入门教程-使能ROS机器人的反馈控制

本例中，用户将会运行一个模型，实现一个简单的闭环比例控制器，该控制器从仿真机器人（运行在基于ROS的仿真器）接收定位信息，并发送速度指令驱动机器人到达指定地点。用户可以在运行仿真的过程中，调整参数并观察仿真机器人的运动。

Simulink和机器人仿真器的交互如下图12.1所示，图中的箭头方向表示ROS消息传输方向。“/odom”话题用于传输定位信息，“/mobile_base/commands/velocity”话题用于传输速度指令。

任务1-启动机器人仿真器和配置Simulink

根据“从Simulink连接到ROS使能的机器人”例程的步骤完成如下工作：

• 启动MATLAB或Gazebo的机器人仿真器；
• 配置Simulink以连接到ROS网络。

任务2-打开已有的模型

连接到ROS网络之后，输入命令“robotExROSFeedbackControlExample”打开“example model”。

该模型实现了差分移动机器人的比例控制器，每一个时间步进，算法都会调整机器人的方向朝着目标位置并驱动前进，一旦到达目标位置，算法则停止机器人。

注意，模型中总共有四个可调参数（由颜色块指示）。

目标位置（模型的最高层）：目标位置的（X,Y）坐标；

距离阈值：当机器人距离目标位置的距离小于距离阈值，机器人则停止；

线性速度：机器人前进的线性速度；

增益：当纠正机器人方向是的比例增益。

任务3-运行模型

本任务中，用户将会运行模型并在机器人仿真器中观察机器人的行为。

把窗口放置在屏幕中的合适位置，使得用户能够同时看到Simulink模型和机器人仿真器。

点击Simulink中的“Play”按钮，启动仿真。

在仿真运行期间，双击“Desired Position”块并改变“Constant”的值为[2,3]，观察机器人方向的改变。

在仿真运行期间，打开“Proportional Controller”子系统并双击“Linear Velocity (slider)”块，调整滑动条到“2”，观察机器人速度的增加。

点击Simulink中的“Stop”按钮，停止仿真。

任务4-观察输入消息速率

本任务中，用户将会使用基于MATLAB的仿真器，观察输入数据的时序和速率。

关闭全部已有的“ExampleHelperRobotSimulator”的图像窗口。

点击Simulink中的“Play”按钮，启动仿真。

打开“Scope”块，观察到“”Subscribe块的输出“IsNew”总是为零，表明没有从“/odom”话题接收到消息，横轴表示仿真时间。

在MATLAB的命令行，输入“ExampleHelperRobotSimulator”指令，启动基于MATLAB的机器人仿真器。该仿真器一大约20Hz的频率发布“/odom”的消息。（in actual elapsed time在实际运行时间）

在“Scope”的显示里，观察到“IsNew”的值偶尔为1，说明收到消息。注意，在仿真时间，输入消息并不是周期的，也不是一20Hz速率接收。

这种矛盾现象的原因是仿真时间的进程和真是时间不同，仿真执行循环根据模型的复杂度和计算机的速度决定。（参阅Simulation Loop Phase）。如果使能的子系统没有被应用，那么模型将一直重复处理相同的消息（最新接收的），导致控制消息的浪费处理和多余发布。使能子系统帮助确认模型仅仅处理真正的新消息。