ROS与Matlab系列：一个简单的运动控制

转自：http://blog.exbot.net/archives/2594

Matlab拥有强大的数据处理、可视化绘图能力以及众多成熟的算法函数，非常适合算法开发；在控制系统设计中，Simulink也是普遍使用的设计和仿真工具。而ROS系统，则是一种新的标准化机器人系统软件框架。通过ROS，你可以使用大量的示例代码和开源程序轻松地完成机器人编程和控制任务。

如何利用matlat和ROS不同的优势，协同进行机器人设计与仿真？

如何用matlat程序通过ROS直接控制物理世界中的机器人？

我们进行了初步的尝试，并在这里把设计过程中遇到的一些问题及解决方案与大家分享！

1. 系统配置

VM虚拟机运行Ubuntu和ROS系统，称为主机，假设ip地址为192.168.1.101。

Windows主机运行matlab2015以上版本，称为从机，假设ip地址为192.168.1.100。

2. 虚拟机网络设置

首先检查虚拟的网络设置，设置为“桥接模式”并勾选下面的“复制主机连接状态”。

windows主机联网后，DHCP给自动为主机和虚拟机分配ip地址。如果没有网络的话，一个简单的做法是可以通过手机开一个热点（无需连接internet），主机连上热点后会自动分配好ip地址。

虚拟机下输入ifconfig命令，获取ip地址，比如192.168.1.101。

windows下输入ipconfig命令，获取ip地址，比如192.168.1.100。

3. 检查WINDOWS与Ubuntu网络是否联通

Matlab的Robotics System Toolbox与Ubuntu下的ROS通信并工作，首先必须保证WIN主机与UBUNTU主机的网络可达性。通常我们通过创建局域网，将两主机置于同一子网内。主机网络设置好后可通过PING工具检测网络可达性。

注意！windows需关闭防火墙

4. 设置ROS环境变量（此处是重点！）

Master以及两主机间的各node之间的正确通信必须设置相应的环境变量，以保证node能找到master进行注册等操作，以及node使用正确的地址发布TOPIC和宣告SERVICE。所以需要在没有运行master的主机设置ROS_MASTER_URI变量，并在两主机上设置ROS_IP环境变量。

注意这里应使用ROS_IP而非ROS_HOSTNAME，是因为WINDOWS常常不能将计算机名解析成IP地址以致连接失败。两台机器都是Linux主机用ROS_HOSTNAME是木有问题的。

ROS_MASTER_URI：若roscore在其他机器上运行，则需要将ROS_MASTER_URI设置为运行roscore主机的ip，node就能以此与master建立连接进行通信及数据交互。

ROS_IP：变量对所运行的主机上的node起作用，node的TOPIC与SERVICE都发布到此地址上。

操作：

在主机上，在~/.bashrc文件中添加：

export ROS_IP=192.168.1.101

保存退出，重开终端，运行master(ROS环境变量脚本已经source):

roscore

运行一个简单的turtle例程。

rosrun turtlesim turtlesim_node

在从机上，打开mablab，进行环境变量设置。在命令窗口输入：

setenv('ROS_MASTER_URI','http://192.168.1.101:11311')

setenv('ROS_IP','192.168.1.100')

初始化全局node：

rosinit()

5. 在matlab下操作ROS

文件：testROS.m

在matlab查阅下topic列表

rostopic list

会出现以下显示

/rosout

/rosout_agg

/turtle1/cmd_vel

/turtle1/color_sensor

/turtle1/pose

在matlab下显示topic内容

rostopic echo /turtle1/pose

若果出现以下内容，恭喜你！数据已经读到matlab里了。

X               : 5.544444561

Y               : 5.544444561

Theta           : 0

LinearVelocity : 0

AngularVelocity : 0

---

注意，以上显示会刷屏，按ctrl+c停止显示。

查看topic数据类型等信息：

rostopic info /turtle1/cmd_vel

显示：

Type: geometry_msgs/Twist

Publishers:

Subscribers:

* /turtlesim (http://192.168.1.101:37723/)

接下来我们尝试下在matlab里发送消息给小海龟。

首先设置消息类型为geometry_msgs/Twist

cmdpub = rospublisher('/turtle1/cmd_vel',rostype.geometry_msgs_Twist)

pause(3) % Wait to ensure publisher is setup

cmdmsg = rosmessage(cmdpub);

cmdmsg.Linear.X = 10;

cmdmsg.Angular.Z = 15;

send(cmdpub,cmdmsg)

chatterpub = rospublisher('/chatter',rostype.std_msgs_String)

pause(3) % Wait to ensure publisher is setup

chattermsg = rosmessage(chatterpub);

chattermsg.Data = 'hello world'

send(chatterpub,chattermsg)

pause(5)

看到小海龟动了没？

当然也可以发布其他topic

6. 在simulink下控制ROS小海龟

文件：testControlTurtle.slx

接下来我们设计一个小控制器，来控制小海龟平滑地运动到指定位置。

首先按照上一节的步奏，启动ROS节点，并检查连通性。

运行testControlTurtle.slx

并设置小海龟的期望位置x，y（可在线修改，范围1~15）

速度是一个简单的比例控制器控制运动速度Linear.X

航向控制通过计算小海龟与目标连线的角度（Line of sight）控制转动速度Angular.Z

Enjoy it！

文件下载链接：http://pan.baidu.com/s/1sl8C01n