轮式移动机器人QBot的使用

夏季学期选了智能移动机器人导论课程，开始接触移动机器人。作为一门面向大二、大三学生的一门导论式的课程，课程作业其实并不太难，然而我们为了完成课程作业，前前后后还是弄了好几个星期，以至放了暑假都还要和Qbot在学校呆一段时间。这是为什么呢？网上关于Qbot的资料少得可怜。无论在百度、必应还是谷歌，以Qbot为关键词几乎搜不到任何有关的资料，甚至连官方网站都不再提供Qbot的支持，因为人家已经升级到Qbot 2了╮(╯-╰)╭

不过最后磕磕绊绊还是搞出来了，这里就把一些经验写下来，算是对Qbot的资料补充吧。其他学校不清楚，但是我校学弟学妹应该还是很需要这样的东西的。

1、Qbot简介

Qbot全称Quanser Qbot，是一个类似于扫地机器人的轮式移动机器人，拥有两个独立的驱动轮，一个万向随动轮，一个定向随动轮，配置有五个距离传感器，一个摄像头，一个压力传感器。除此之外，Qbot还提供外接传感器的接口。Qbot大概长下面这样：

对Qbot的控制和编程主要通过Matlab Simulink进行，当然，官方会提供一些已经写好了的Simulink模块(需要安装QUARC)。Qbot自带WiFi热点，PC通过连接Qbot的WiFi热点来和Qbot通信。

2、开发环境配置

上面说到要控制Qbot需要通过Matlab Simulink，同时还依赖于QUARC，因此开发环境的配置主要是安装QUARC和Matlab。另外，还有模块的配置。

　　　　1、Matlab的安装

QUARC支持的Matlab版本为2012~2014，因此需要安装这之间版本的Matlab。安装Matlab又是一个深坑，不过网上关于Matlab安装过程中的各种问题都有了较好的解决方案了，如果遇到问题，直接百度就好。我安装Matlab 2014a时曾遇到"找不到VCREDIST.MSI"的问题，在这个帖子的3L找到解决方案，如果各位同样遇到这个问题，可以参考一下。

　　　　　　2、QUARC的安装

　　　　老师提供的QUARC程序版本为2.4.878，在官网我没有找到QUARC程序的下载页面。下边就以QUARC 2.4.878的安装为例简要说明:

1. 安装Visual Studio 2010~2012 中的一个版本，微软良心，Visual Studio的安装非常省心，这里不多说，值得注意的是，QUARC 2.4.878是不支持Visual Studio 2013的；（安装VS是因为QUARC是依赖于VS的）
2. 双击install_quarc安装，会弹出一个Compatibility Checking窗口提示是否通过了软件的检查，如果没有通过检查，则要倒回去看看是不是Matlab或者Visual Studio的安装不成功；
3. 选择license进行认证，license文件后缀为lic；

　　　　　　3、Simulink模块的配置

好了，安装完上面三个软件以后，就可以开始连接Qbot了。点开网络连接，查看无线网里是否有一个名为GSAH的网络，如果有直接连接，如果没有，则需要按手动添加该网络。实测win7、win8均能搜到该网络，win8.1则无法搜到。因此如果你的操作系统是win8.1 需要按照如下步骤手动添加GSAH网络（参考）：

1.打开cmd,输入:netsh wlan show networks，确定有GSAH这个网

2.打开网络和共享中心/设置新的连接或网络/手动连接到无线网络/网络名：GSAH，安全类型：无身份验证（开放式）/下一步/关闭

3.在cmd中运行:netsh wlan set profileparameter GSAH connectiontype=ibss

4.以后每次跑程序只要在cmd中:netsh wlan connect GSAH

5.断开:netsh wlan disconnect

6.要清除以上设置 :netsh wlan delete profile GSAH

然后打开网络共享中心修改IP地址，如下图：

IP地址的范围为：182.168.1.10 ~ 182.168.1.19，如果同时有多台电脑连接，注意IP地址不要冲突。

保存以后，不妨来ping一下Qbot，看看是否已经连接上了。Qbot的IP地址印刷在后部，范围为182.168.1.20 ~ 182.168.1.254

确认已经连接上以后，可以打开一个Simulink模块开始尝试了。例如打开expriment1文件夹中的exp1_cal_d.mdl，如下图。

点击QUARC菜单，选择OPTIONS，或者点击Simulation ，选择Model Configration Parameters，打开配置窗口，如下图。

Code Genetation 中System target file 通过点击Browse…选择quarc_linux_verdex.tlc，interface中MEX-file arguments填写为'-w -d /tmp -uri %u','tcpip://182.168.1.63:17001'，注意IP地址应改为对应Qbot的地址。然后就可以开始bulid，然后连接Qbot，开始你的机器人旅程吧！

Bulid的过程中可能会报一些错误，如果你的Simulink模块中使用了变量（即字母），则在bulid之前，必须要在Matlab命令行中定义并给该变量赋值，否则会报错；除此之外，interface中MEX-file arguments中的命令格式错误也会报错，注意该命令中的所有标点均为半角，并且没有空格和制表符，如果实在查不出来的话，可以直接复制上面的命令修改IP地址后使用。连接的过程中也会报错，一般原因为interface中MEX-file arguments中IP地址填写错误或者Qbot没有运行相应程序，此时只需再次审察该命令，或者重新bulid，如果仍然无法连接，可尝试重启Qbot，重新连接GSAH，并在ping通之后再进行连接操作。

如果使用了视觉相关的模块，还可能会报出编译器的错误，这是需要打开配置页面，Code Genetation->QUARC，Compiler一栏下拉选择CodeSourcery Lite，保存退出，如下图。

如果没有安装该编译器的话，再次bulid会提示找不到编译器，因此需要安装该编译器。将CodeSourcery Lite编译器的文件夹codesourcery拷贝到 {安装目录}\Quanser\QUARC\mingw32\msys\1.0\local\crosstool下，再次build即可。（该编译器文件夹由老师提供，可以在此下载）

三、常用模块介绍

Quanser给的三个实验里（\Curriculum\Experiment 1，\Curriculum\Experiment 2，\Curriculum\Experiment 3）其实有大量已经build通过的模块，一般可以通过对这些模块的部分进行组合来快速达到既定目的。下面简单介绍一些我经常使用的一些模块：

　　1、运动控制（\Curriculum\Experiment 2\Controllers\Exp2_Reactive_Motion_Planning_Polar_Hist.mdl）

　　　　x0、y0、theta0：Qbot初始位姿；

　　　　right_vel、left_vel：右、左轮速度；

　　　　x、y、theta：Qbot当前位姿；

　　　　irrange：五个距离传感器返回的距离值（五维向量）.

　　2、路径规划（以\Curriculum\Experiment 2\Controllers\Exp2_Reactive_Motion_Planning_Polar_Hist.mdl为例）

　　　　target_xy：目标位置；

　　　　robot_xyt：Qbot当前位姿；

　　　　vlimit：车轮限速；

　　　　dist_thr：距离允许误差；

　　　　ang_thr：角度允许误差；

　　　　hist、ir_heading：配合避障模块使用，如不使用可直接将相关代码注释掉；

　　　　method：路径规划方法，取值为1、2，1：简单的旋转调整姿态，2：极坐标控制；

　　　　right_vel、left_vel：右、左轮速度；

　　　　target_distance：距目标位置的距离.

　　3、避障（以\Curriculum\Experiment 2\Controllers\Exp2_Reactive_Motion_Planning_Polar_Hist.mdl为例）

　　　　robot_xyt：Qbot当前位姿；

　　　　ir_range：距离传感器的返回值（五维向量）；

　　　　dist_th：Polar Histogram算法中的the maximum IR range（实在不知道该翻译成什么），默认取150；

　　　　hist、ir_heading：传递给路径规划模块实现避障.

　　此外还有\Curriculum\Experiment 3中的视觉模块也很常用，但只在设计视觉相关的功能时才会用到，而且输入输出和上面三个是相通的，因此这里不再介绍。

Enjoy it！

注：1、如果你能得到Qbot的话，本文中的所有资源应该都有渠道获得，因此这里不提供任何资源的下载；

　　2、本文仅供参考。