2.树莓派4b+ubuntu18.04（ros版本melodic）+arduino mega自制两轮差速小车，实现建图导航功能

这篇文章介绍arduino使用和安装arduino_bridge

将arduino与树莓派连接
查看arduino的端口号，我们这里查看到的时ttyUSB0

ll /dev/ttyUSB*

将当前用户添加进dialout组

sudo usermod -a -G dialout your_user_name

然后重启树莓派，然后才能生效
然后如果你可以在列出的组中找到dialout，这就说明你已经加入到dialout中了
group

安装arduino

1.下载arduino ide安装包
官方下载链接：https://www.arduino.cc/en/Main/Software

2.使用tar命令对压缩包解压

tar -xvf arduino-1.x.y-linux64.tar.xz

3.将解压后的文件移动到/opt下

sudo mv arduino-1.x.y /opt

4.进入安装目录,对install.sh添加可执行权限,并执行安装

cd /opt/arduino-1.x.y
sudo chmod +x install.sh
sudo ./install.sh

5.启动并配置 Arduino IDE
在命令行直接输入:arduino,或者点击左下的显示应用程序搜索 arduino IDE。启动如下:

// 初始化函数
void setup() {
   
  //将LED灯引脚(引脚值为13，被封装为了LED_BUTLIN)设置为输出模式
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
}

// 循环执行函数
void loop() {
   
  digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);   // 打开LED灯
  delay(1000);                       // 休眠1000毫秒
  digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);    // 关闭LED灯
  delay(1000);                       // 休眠1000毫秒
}

开发板选择Arduino mega，端口号选择/dev/ttyUSB0
上传该代码，观察arduino板载灯闪烁
到此arduino的安装就结束了

接下来安装ros_arduino_bridge

该功能包包含Arduino库和用来控制Arduino的ROS驱动包，它旨在成为在ROS下运行Arduino控制的机器人的完整解决方案。

其中当前主要关注的是:功能包集中一个兼容不同驱动的机器人的基本控制器（base controller），它可以接收ROS Twist类型的消息，可以发布里程计数据。上位机需要使用ROS(建议 melodic)；

1.下载

新建ROS工作空间

mkdir -p catkin_ws/src
cd catkin_ws
catkin_make

进入ROS工作空间的src目录,输入命令:

cd catkin_ws/src
git clone https://github.com/hbrobotics/ros_arduino_bridge.git

2.ros_arduino_bridge 架构
文件结构说明在这里插入代码片 ├── ros_arduino_bridge # metapackage (元功能包)
│ ├── CMakeLists.txt
│ └── package.xml
├── ros_arduino_firmware #固件包，更新到Arduino
│ ├── CMakeLists.txt
│ ├── package.xml
│ └── src
│ └── libraries #库目录
│ ├── MegaRobogaiaPololu #针对Pololu电机控制器，MegaRobogaia编码器的头文件定义
│ │ ├── commands.h #定义命令头文件
│ │ ├── diff_controller.h #差分轮PID控制头文件
│ │ ├── MegaRobogaiaPololu.ino #PID实现文件
│ │ ├── sensors.h #传感器相关实现，超声波测距，Ping函数
│ │ └── servos.h #伺服器头文件
│ └── ROSArduinoBridge #Arduino相关库定义
│ ├── commands.h #定义命令
│ ├── diff_controller.h #差分轮PID控制头文件
│ ├── encoder_driver.h #编码器驱动头文件
│ ├── encoder_driver.ino #编码器驱动实现, 读取编码器数据，重置编码器等
│ ├── motor_driver.h #电机驱动头文件
│ ├── motor_driver.ino #电机驱动实现，初始化控制器，设置速度
│ ├── ROSArduinoBridge.ino #核心功能实现，程序入口
│ ├── sensors.h #传感器头文件及实现
│ ├── servos.h #伺服器头文件，定义插脚，类
│ └── servos.ino #伺服器实现
├── ros_arduino_msgs #消息定义包
│ ├── CMakeLists.txt
│ ├── msg #定义消息
│ │ ├── AnalogFloat.msg #定义模拟IO浮点消息
│ │ ├── Analog.msg #定义模拟IO数字消息
│ │ ├── ArduinoConstants.msg #定义常量消息
│ │ ├── Digital.msg #定义数字IO消息
│ │ └── SensorState.msg #定义传感器状态消息
│ ├── package.xml
│ └── srv #定义服务
│ ├── AnalogRead.srv #模拟IO输入
│ ├── AnalogWrite.srv #模拟IO输出
│ ├── DigitalRead.srv #数字IO输入
│ ├── DigitalSetDirection.srv　　　　 #数字IO设置方向
│ ├── DigitalWrite.srv #数字IO输入
│ ├── ServoRead.srv #伺服电机输入
│ └── ServoWrite.srv #伺服电机输出
└── ros_arduino_python #ROS相关的Python包，用于上位机，树莓派等开发板或电脑等。
├── CMakeLists.txt
├── config #配置目录
│ └── arduino_params.yaml #定义相关参数，端口，rate，PID，sensors等默认参数。由arduino.launch调用
├── launch
│ └── arduino.launch #启动文件
├── nodes
│ └── arduino_node.py #python文件,实际处理节点，由arduino.launch调用，即可单独调用。
├── package.xml
├── setup.py
└── src #Python类包目录
└── ros_arduino_python
├── arduino_driver.py #Arduino驱动类
├── arduino_sensors.py #Arduino传感器类
├── base_controller.py #基本控制类，订阅cmd_vel话题，发布odom话题
└── init.py #类包默认空文件

上述目录结构虽然复杂，但是关注的只有两大部分:

ros_arduino_bridge/ros_arduino_firmware/src/libraries/ROSArduinoBridge
ros_arduino_bridge/ros_arduino_python/config/arduino_params.yaml

接下来我们对代码进行测试

1.串口命令

在主程序中，包含了 commands.h，该文件中包含了当前程序预定义的串口命令，可以编译程序并上传至 Arduino 电路板，然后打开串口监视器测试(当前程序并未修改，所以并非所有串口可用):

w 可以用于控制引脚电平
x 可以用于模拟输出
以LED灯控制为例，通过串口监视器录入命令:

w 13 0 == LED灯关闭
w 13 1 == LED灯打开
x 13 50 == LED灯PWM值为50
2.修改主程序入口，主要是添加
#define Tb6612_MOTOR_DRIVER

/*********************************************************************
 *  ROSArduinoBridge
 
   控制差速驱动机器人的Arduino程序，允许通过一组简单的串行命令来控制机器人，并接收传感器和里程数据。
   该程序默认配置假定使用Arduino Mega、Pololu电机控制器盾和Robogaia Mega编码器盾。
   如果使用不同的电机控制器或编码器方法，可以编辑readEncoder()和setMotorSpeed()包装函数。
 *********************************************************************/
//是否启用基座控制器
#define USE_BASE      // Enable the base controller code
//#undef USE_BASE     // Disable the base controller code

/* Define the motor controller and encoder library you are using */

启用基座控制器需要设置的电机驱动以及编码器驱
#ifdef USE_BASE
   /* The Pololu VNH5019 dual motor driver shield */
   //#define POLOLU_VNH5019

   /* The Pololu MC33926 dual motor driver shield */
   //#define POLOLU_MC33926

   /* The RoboGaia encoder shield */
   //#define ROBOGAIA
   
   /* Encoders directly attached to Arduino board */
   //#define ARDUINO_ENC_COUNTER
   //1.添加自定义编码器驱动
   #define ARDUINO_MY_COUNTER

   
   /* L298 Motor driver*/
   //#define L298_MOTOR_DRIVER
   #define Tb6612_MOTOR_DRIVER
#endif
//是否启用舵机
//#define USE_SERVOS  // Enable use of PWM servos as defined in servos.h
#undef USE_SERVOS     // Disable use of PWM servos


//波特率
/* Serial port baud rate */
#define BAUDRATE     57600
//最大PWM值
/* Maximum PWM signal */
#define MAX_PWM        255

#if defined(ARDUINO) && ARDUINO >= 100
#include "Arduino.h"
#else
#include "WProgram.h"
#endif

/* Include definition of serial commands */
#include "commands.h"

/* Sensor functions */
#include "sensors.h"

/* Include servo support if required */
#ifdef USE_SERVOS
   #include 
   #include "servos.h"
#endif



//
#ifdef USE_BASE
  /* Motor driver function definitions */
  #include "motor_driver.h"

  /* Encoder driver function definitions */
  #include "encoder_driver.h"

  /* PID parameters and functions */
  #include "diff_controller.h"

  /* Run the PID loop at 30 times per second */
  #define PID_RATE           30     // Hz

  /* Convert the rate into an interval */
  const int PID_INTERVAL = 1000 / PID_RATE;
  
  /* Track the next time we make a PID calculation */
  unsigned long nextPID = PID_INTERVAL;

  /* Stop the robot if it hasn't received a movement command
   in this number of milliseconds */
  #define AUTO_STOP_INTERVAL 2000
  long lastMotorCommand = AUTO_STOP_INTERVAL;
#endif

/* Variable initialization */

// A pair of varibles to help parse serial commands (thanks Fergs)
int arg = 0;
int index = 0;

// Variable to hold an input character
char chr;

// Variable to hold the current single-character command
char cmd;

// Character arrays to hold the first and second arguments
char argv1[16];
char argv2[16];

// The arguments converted to integers
long arg1;
long arg2;
//重置命令
/* Clear the current command parameters */
void resetCommand() {
   
  cmd = NULL;
  memset(argv1, 0, sizeof(argv1));
  memset(argv2, 0, sizeof(argv2));
  arg1 = 0;
  arg2 = 0;
  arg = 0;
  index = 0;
}

/* Run a command.  Commands are defined in commands.h */
//执行串口命令
int runCommand() {
   
  int i = 0;
  char *p = argv1;
  char *str;
  int pid_args[4];
  arg1 = atoi(argv1);
  arg2 = atoi(argv2);
  
  switch(cmd) {
   
  case GET_BAUDRATE:
    Serial.println(BAUDRATE);
    break;
  case ANALOG_READ:
    Serial.println(analogRead(arg1));
    break;
  case DIGITAL_READ:
    Serial.println(digitalRead(arg1));
    break;
  case ANALOG_WRITE:
    analogWrite(arg1, arg2);
    Serial.println("OK"); 
    break;
  case DIGITAL_WRITE:
    if (arg2 == 0) digitalWrite(arg1, LOW);
    else if (arg2 == 1) digitalWrite(arg1, HIGH);
    Serial.println("OK"); 
    break;
  <