基于ROS Ranger Mini构建一个自主移动机器人

自主移动机器人(amr)在工业、农业和教育领域提供了变革潜力，在这些领域，低成本、可扩展的自动化至关重要。这项研究提出了ROS Ranger Mini，这是一种紧凑型ROS AMR，集成了深度摄像头、超声波传感器和雷达，具有强大的环境感知和避障能力。该系统结合了用于高级处理的树莓派和Particle Photon 2开发板，可通过Wi-Fi实现远程控制和自主导航的双重操作模式。传感器和状态数据通过Particle Cloud实时传输和存储，实现远程监控和系统分析。该设计强调了可访问的技术，经过深思熟虑的整合，可以为各种现场应用创建适应性强且高效的机器人平台。

粒子云介绍

粒子云是一个物联网平台，可以实现安全的设备连接、实时数据存储和互联网远程控制。该项目促进了AMR和远程用户界面之间的无缝通信。

我们使用粒子光子2，一个强大的支持wi - fi的微控制器，很容易与粒子云集成。主要规格包括：

•处理器：200 MHz ARM Cortex-M33 (Realtek RTL8721DM)

•Wi-Fi: 802.11 b/g/n, 2.4 GHz

•内存：2mb

•Flash: 4mb

•Gpio: 20+可配置引脚

安全启动和OTA更新支持

该板处理实时数据传输，支持自主和远程控制功能。

硬件部分

在本节中，建立了电机驱动器，执行器，相机，超声波传感器，Particle Photon 2和树莓派之间的所有连接，以实现通信和反馈交换。我还在电路中加入了一个5A降压助推器，因为我们通常使用2S LiPo电池或2S 18650电池，产生7.4伏。由于Photon 2只能接受高达5.5伏特，如数据表中所述，降压升压器是必要的，以安全地调节电压。

这是我用Fusion EDA为这个机器人设计的电路图。

该电路有三个主要部分：粒子光子2，树莓派HAT和5-15V到5V降压电压转换器。摄像头通过USB端口或15针CSI连接器连接到树莓派。该图还包括两个超声波传感器，它们复制了激光雷达传感器的功能，有助于降低机器人的总体成本。Photon 2的D1和D2引脚连接到树莓派进行通信，发送确认和接收反馈。

集成光子2

首先，您需要在Particle网站上注册。之后，您可以检查设备是否已连接。我的设备出现在他们的平台上。

为了集成Photon，你首先需要下载VS Code并安装Particle CLI命令行。然后，你可以使用VS Code中的终端直接发送命令。

在使用粒子光子2编程时，请记住它有多种模式。了解RGB LED指示灯的含义很重要。

粒子光子上的标准RGB LED模式

然后，我们有两个选择：在VS code中编写代码或使用Particle Web IDE。最初，我使用VS Code，但遇到了一些问题，所以我决定切换到粒子Web IDE。它有一个非常容易理解的用户界面。我只是编写了代码，由于Web IDE已经连接到Particle Cloud，因此不需要编写任何额外的代码来连接Wi-Fi或云。

整合MIT App Inventor

MIT App Inventor是麻省理工学院开发的一个免费的、初学者友好的平台，用于使用可视化的、基于块的编程界面创建移动应用程序。

用于:

•开发无需编码的Android应用程序

•物联网接口原型

•教育项目和快速应用程序开发

下面是使用MIT app Inventor发明一个简单应用程序的简短分步指南：

•访问appinventor.mit.edu，用谷歌账户登录。

•点击“创建应用程序”→开始一个新项目。

•通过将组件(按钮、标签等)拖到手机屏幕来设计UI。

•转到块部分→通过连接代码块创建逻辑。

•使用MIT AI2 Companion应用程序通过USB或Wi-Fi连接手机。

•在手机上测试你的应用。

•导出或构建APK来安装或共享应用程序。

完成设计后，您可以进入Blocks部分。所有后端逻辑都是通过基于块的系统处理的，该系统充当应用程序和硬件之间的中介。

图片中的粉色块是MIT App Inventor中的文本块，其中包含web请求的URL和POST数据。

URL包含您的设备ID (0a10aced20219…)。

POST文本包含访问令牌(b648206178aff3a71dcdd8e3f3…)以及一些命令参数(arg=right, arg=left等)。

这个令牌和设备ID是唯一的标识符，允许你的应用程序通过粒子API与你的特定设备进行通信。

例子:

这是我的Photon2的设备ID：“0a10aced202194944a056838”在上面的URL

对于应用程序中的每个按钮，我使用了相应的参数：

•转发:参数= forward&access_token = b648206178aff3a71dcdd8e3f32db6b99dac6d98

•向后:参数= backward&access_token = b648206178aff3a71dcdd8e3f32db6b99dac6d98

•左:参数= left&access_token = b648206178aff3a71dcdd8e3f32db6b99dac6d98

•右:参数= right&access_token = b648206178aff3a71dcdd8e3f32db6b99dac6d98

•站:参数= stop&access_token = b648206178aff3a71dcdd8e3f32db6b99dac6d98

对于每个按钮，我们使用一个令牌ID。这是我的设备的令牌ID:b648206178aff3a71dcdd8e3f32db6b99dac6d98

问题是，你在哪里可以找到你的令牌ID和设备ID

对于令牌ID，请进入粒子CLI并键入

请输入您在Particle注册时使用的邮箱和密码。

这是代币

我们已经完成了AMR的一部分

这就是它在这之后的样子!!

相机和超声波传感器与ROS的集成

本文介绍了一对安装在伺服电机上的HC-SR04超声波传感器如何与ROS 2一起使用，以执行2D环境映射。该系统从不同角度收集距离数据，并在RViz中可视化。

系统概述

Arduino使用伺服电机以小步(例如，每5°)从0°到180°旋转超声波传感器。

在每个角度，两个超声波传感器测量距离。

Arduino通过串行发送一行数据，格式如下：

角度:distance_left: distance_right

在Pi上运行的ROS 2节点：

读取这个串行数据。

将传感器读数作为ROS消息发布。

可选地将它们转换为二维笛卡尔坐标。

数据在RViz中可视化，以构建2D占用地图。

Arduino代码职责

扫描伺服电机从0°到180°。

触发超声波传感器并读取距离。

每隔X毫秒通过Serial.print()发送角度和距离。

ROS 2节点职责-

使用pyserial读取串行数据。

解析传入的字符串。

使用sensor_msgs/msg/PointCloud2或自定义消息(例如Point2D[])发布数据。

发布点/超声扫描或类似的主题。

可视化的RViz

可视化:

使用订阅扫描主题的配置启动RViz。

PointCloud2用于分散的点。

用于可视化标记的MarkerArray。

ROS 2包

1. serial_comms

用途：从Arduino读取和解析串行数据(距离，角度)

节点:serial_reader_node

发布:

/ sensor_data (custom_msgs / SensorData)

依赖关系：rclpy， pyserial

2. sensor_fusion_node

用途：融合超声波范围，伺服角度和里程计数据

节点:fusion_node

订阅:

/ sensor_data

/奥多姆

发布:

/ fused_scan (sensor_msgs /提升)

/ amr_pose (geometry_msgs / PoseStamped)

3. mapping_visualizer

目的：在RViz2中可视化融合数据

节点:rviz_mapper

订阅:

/ fused_scan

/ amr_pose

4. teleop_interface

用途：用于云命令的粒子光子板接口

节点:teleop_bridge_node

发布:

/ cmd_vel (geometry_msgs /扭曲)

特点:

•粒子云REST集成

•紧急停车命令

•安全模式回退

•系统工作流程

Arduino通过串口发送距离+伺服角度。

Serial_comms节点读取它并发布到/sensor_data。

sensor_fusion_node将此与odometry/IMU结合起来，并将伪扫描发布为/fused_scan。

mapping_visualizer在RViz2中显示了这一点。

teleop_interface监听Particle Cloud和issue /cmd_vel来控制机器人的运动。

本文编译自hackster.io