Ubuntu ROS实现超声波雷达：新手指南，从入门到实践

引言

超声波雷达作为一种常用的机器人感知技术，能够有效地测量物体与传感器之间的距离。在ROS（Robot Operating System）环境中，我们可以利用ROS提供的工具和库，将超声波雷达集成到机器人系统中，实现距离测量、避障等功能。本文将为您提供一个从入门到实践的新手指南，帮助您在Ubuntu系统上使用ROS实现超声波雷达。

第1章：ROS入门

1.1 ROS简介

ROS是一个开源的机器人操作系统，它提供了一个丰富的库和工具，用于机器人开发。ROS的核心功能包括：

消息传递：允许节点之间进行通信。

服务：允许节点之间进行请求和响应。

话题：允许节点之间进行发布和订阅。

动作：允许节点之间进行异步请求和响应。

1.2 安装ROS

在Ubuntu系统上安装ROS，您可以选择安装ROS Melodic Morenia或Noetic Nirvana版本。以下是安装ROS Melodic的步骤：

打开终端。

输入以下命令，添加ROS仓库：

sudo sh -c 'echo "deb http://packages.ros.org/ros/ubuntu $(lsb_release -cs) main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'

安装GPG密钥：

sudo apt-key adv --keyserver 'hkp://keyserver.ubuntu.com:80' --recv-key C1CF6E31E6BADE8868B172B4F42ED6FBAB17C654

更新仓库列表：

sudo apt update

安装ROS基础包：

sudo apt install ros-melodic-desktop-full

初始化环境变量：

echo "source /opt/ros/melodic/setup.bash" >> ~/.bashrc

source ~/.bashrc

1.3 创建ROS工作空间

创建一个工作空间，用于存放ROS项目：

mkdir -p ~/catkin_ws/src

cd ~/catkin_ws/

catkin_make

第2章：超声波雷达硬件准备

2.1 选择超声波雷达

市面上有许多种类的超声波雷达，您可以根据需求选择合适的型号。以下是一些常见的超声波雷达：

HC-SR04

GP2Y0A21YK0F

VL53L0X

2.2 连接超声波雷达

将超声波雷达连接到Ubuntu系统的串口。以下是一个连接HC-SR04超声波雷达的示例：

将超声波雷达的VCC连接到5V电源。

将超声波雷达的GND连接到地线。

将超声波雷达的Trig引脚连接到GPIO引脚。

将超声波雷达的Echo引脚连接到GPIO引脚。

第3章：ROS超声波雷达功能包

3.1 创建功能包

在ROS工作空间中创建一个新的功能包：

cd ~/catkin_ws/src

catkin_create_pkg ultrasonic_sensor rospy std_msgs

3.2 编写节点代码

在功能包中创建一个节点，用于读取超声波雷达的数据：

#!/usr/bin/env python

import rospy

from std_msgs.msg import Float32

from sensor_msgs.msg import Range

import serial

def ultrasonic_sensor_node():

rospy.init_node('ultrasonic_sensor_node')

pub = rospy.Publisher('ultrasonic_distance', Range, queue_size=10)

ser = serial.Serial('/dev/ttyUSB0', 9600, timeout=1)

while not rospy.is_shutdown():

line = ser.readline()

if line:

distance = float(line.strip().split(',')[0])

range_msg = Range()

range_msg.header.stamp = rospy.Time.now()

range_msg.header.frame_id = 'base_link'

range_msg.field_of_view = 0.0

range_msg.min_range = 0.0

range_msg.max_range = 10.0

range_msg.range = distance

pub.publish(range_msg)

rospy.sleep(0.1)

if __name__ == '__main__':

try:

ultrasonic_sensor_node()

except rospy.ROSInterruptException:

pass

3.3 编译功能包

在ROS工作空间中编译功能包：

cd ~/catkin_ws/

catkin_make

3.4 运行节点

在终端中运行节点：

source devel/setup.bash

rosrun ultrasonic_sensor ultrasonic_sensor_node

第4章：使用rviz可视化

4.1 启动rviz

在终端中启动rviz：

rviz

4.2 添加可视化组件

在rviz中添加Range可视化组件，并选择ultrasonic_distance话题。

第5章：总结

通过本文的介绍，您应该已经掌握了在Ubuntu系统上使用ROS实现超声波雷达的基本方法。在实际应用中，您可以根据需求对节点代码进行修改，以实现更复杂的机器人功能。祝您在机器人开发的道路上越走越远！