设置机器人模拟（高级）

目标：使用避障器节点扩展机器人模拟。

教程级别：高级

时间：20 分钟

背景

在本教程中，您将扩展在教程第一部分中创建的包：设置机器人模拟（基础）。 目的是实现一个使用机器人距离传感器避开障碍物的 ROS 2 节点。 本教程重点介绍如何使用带有 webots_ros2_driver 接口的机器人设备。

先决条件

这是教程第一部分的延续：设置机器人模拟（基础）。 必须从第一部分开始设置自定义包和必要的文件。

本教程与 webots_ros2 和 Webots R2023b 的 2023.1.0 版本以及即将推出的版本兼容。

任务

1 更新 my_robot.urdf

如 设置机器人模拟（基础） 中所述，webots_ros2_driver 包含插件，可将大多数 Webots 设备直接与 ROS 2 连接。

可以使用机器人 URDF 文件中的 <device> 标签加载这些插件。

reference 属性应与 Webots 设备 name 参数匹配。

可以在``设备参考页面 <https://github.com/cyberbotics/webots_ros2/wiki/References-Devices>`_ 上找到所有现有接口和相应参数的列表。 对于 URDF 文件中未配置的可用设备，将自动创建接口，并使用 ROS 参数的默认值（例如“更新率”、“主题名称”和“框架名称”）。

在“my_robot.urdf”中将所有内容替换为：

PythonC++

<?xml version="1.0" ?>
<robot name="My robot">
    <webots>
        <device reference="ds0" type="DistanceSensor">
            <ros>
                <topicName>/left_sensor</topicName>
                <alwaysOn>true</alwaysOn>
            </ros>
        </device>
        <device reference="ds1" type="DistanceSensor">
            <ros>
                <topicName>/right_sensor</topicName>
                <alwaysOn>true</alwaysOn>
            </ros>
        </device>
        <plugin type="my_package.my_robot_driver.MyRobotDriver" />
    </webots>
</robot>

除了您的自定义插件之外，“webots_ros2_driver”还将解析引用**DistanceSensor**节点的“<device>”标签，并使用“<ros>”标签中的标准参数来启用传感器并命名其主题。

2 创建 ROS 节点以避开障碍物

PythonC++

机器人将使用标准 ROS 节点检测墙壁并发送电机命令来避开墙壁。 在 my_package/my_package/ 文件夹中，使用以下代码创建一个名为 obstacle_avoider.py 的文件：

import rclpy
from rclpy.node import Node
from sensor_msgs.msg import Range
from geometry_msgs.msg import Twist


MAX_RANGE = 0.15


class ObstacleAvoider(Node):
    def __init__(self):
        super().__init__('obstacle_avoider')

        self.__publisher = self.create_publisher(Twist, 'cmd_vel', 1)

        self.create_subscription(Range, 'left_sensor', self.__left_sensor_callback, 1)
        self.create_subscription(Range, 'right_sensor', self.__right_sensor_callback, 1)

    def __left_sensor_callback(self, message):
        self.__left_sensor_value = message.range

    def __right_sensor_callback(self, message):
        self.__right_sensor_value = message.range

        command_message = Twist()

        command_message.linear.x = 0.1

        if self.__left_sensor_value < 0.9 * MAX_RANGE or self.__right_sensor_value < 0.9 * MAX_RANGE:
            command_message.angular.z = -2.0

        self.__publisher.publish(command_message)


def main(args=None):
    rclpy.init(args=args)
    avoider = ObstacleAvoider()
    rclpy.spin(avoider)
    # Destroy the node explicitly
    # (optional - otherwise it will be done automatically
    # when the garbage collector destroys the node object)
    avoider.destroy_node()
    rclpy.shutdown()


if __name__ == '__main__':
    main()

该节点将为命令创建一个发布者并订阅此处的传感器主题：

self.__publisher = self.create_publisher(Twist, 'cmd_vel', 1)

self.create_subscription(Range, 'left_sensor', self.__left_sensor_callback, 1)
self.create_subscription(Range, 'right_sensor', self.__right_sensor_callback, 1)

当从左传感器接收到测量值时，它将被复制到成员字段：

def __left_sensor_callback(self, message):
    self.__left_sensor_value = message.range

最后，当收到来自右侧传感器的测量值时，将向 /cmd_vel 主题发送一条消息。 command_message 将至少在 linear.x 中记录一个前进速度，以便在未检测到障碍物时使机器人移动。 如果两个传感器中的任何一个检测到障碍物，command_message 还将在 angular.z 中记录一个旋转速度，以使机器人向右转。

def __right_sensor_callback(self, message):
    self.__right_sensor_value = message.range

    command_message = Twist()

    command_message.linear.x = 0.1

    if self.__left_sensor_value < 0.9 * MAX_RANGE or self.__right_sensor_value < 0.9 * MAX_RANGE:
        command_message.angular.z = -2.0

    self.__publisher.publish(command_message)

3 更新其他文件

您必须修改这两个文件才能启动新节点。

PythonC++

编辑“setup.py”并将“’console_scripts’”替换为：

'console_scripts': [
    'my_robot_driver = my_package.my_robot_driver:main',
    'obstacle_avoider = my_package.obstacle_avoider:main'
],

这将为“obstacle_avoider”节点添加一个入口点。

转到文件“robot_launch.py​​”并将其替换为：

import os
import launch
from launch_ros.actions import Node
from launch import LaunchDescription
from ament_index_python.packages import get_package_share_directory
from webots_ros2_driver.webots_launcher import WebotsLauncher
from webots_ros2_driver.webots_controller import WebotsController


def generate_launch_description():
    package_dir = get_package_share_directory('my_package')
    robot_description_path = os.path.join(package_dir, 'resource', 'my_robot.urdf')

    webots = WebotsLauncher(
        world=os.path.join(package_dir, 'worlds', 'my_world.wbt')
    )

    my_robot_driver = WebotsController(
        robot_name='my_robot',
        parameters=[
            {'robot_description': robot_description_path},
        ]
    )

    obstacle_avoider = Node(
        package='my_package',
        executable='obstacle_avoider',
    )

    return LaunchDescription([
        webots,
        my_robot_driver,
        obstacle_avoider,
        launch.actions.RegisterEventHandler(
            event_handler=launch.event_handlers.OnProcessExit(
                target_action=webots,
                on_exit=[launch.actions.EmitEvent(event=launch.events.Shutdown())],
            )
        )
    ])

这将创建一个“obstacle_avoider”节点，该节点将包含在“LaunchDescription”中。

4 测试避障代码

从 ROS 2 工作区中的终端启动模拟：

LinuxWindowsmacOS

从 ROS 2 工作区中的终端运行：

colcon build
source install/local_setup.bash
ros2 launch my_package robot_launch.py

您的机器人应该向前移动，并且在撞到墙壁之前顺时针旋转。 您可以在 Webots 中按“Ctrl+F10”或转到“查看”菜单、“可选渲染”和“显示距离传感器射线”以显示机器人距离传感器的范围。

摘要

在本教程中，您使用避障器 ROS 2 节点扩展了基本模拟，该节点根据机器人的距离传感器值发布速度命令。

后续步骤

您可能想要改进插件或创建新节点来更改机器人的行为。

您还可以实现重置处理程序，以便在从 Webots 界面重置模拟时自动重新启动 ROS 节点：

• 设置重置处理程序。