开发者说丨ROS、Simulink、Carsim的互联与规划、控制算法的验证

运动规划,又称运动插补,是在给定的路径端点之间插入用于控制的中间点序列,从而实现沿给定的路径平稳运动。

 

运动规划由路径规划(空间)和轨迹规划(时间)组成,连接起点位置和终点位置的序列点或曲线称之为路径,构成路径的策略称之为路径规划。

 

自动驾驶汽车又称无人驾驶汽车、电脑驾驶汽车、轮式移动机器人,是一种通过电脑系统实现无人驾驶的智能汽车。

 

在MATLAB中,Simulink是用来建模、仿真和分析动态多维系通的交通工具。Carsim是专门针对车辆动力学的仿真软件,可以方便灵活的定义试验环境和试验过程,详细地定义整车各系统的特性参数和特性文件。ROS则是机器人学习和无人车学习最好linux平台软件,资源丰厚。

 

本文由社区开发者—杨小育撰写,对ROS、Simulink、Carsim的互联与规划、控制算法的验证进行了详细讲解,希望感兴趣的开发者能通过阅读这篇文章有所收获。

 

以下,ENJOY  

 

 

在进行无人车的规划控制算法调试时,直接在实车上进行不仅危险且效率低下,一个好的运动学仿真平台将会加速开发进度。Carsim非常适合进行车辆动力学仿真,但是只能运行在Windows系统上,好在它可以连接Simulink。而无人车的规划控制算法通常运行在Linux系统上,各个模块通常使用ROS进行连接。本篇文章提供一种方法,将ROS 、 Simulink、carsim进行互联,完成规划、控制算法的动力学仿真。

 

 

a、硬件基础:PC1和PC2使用路由器连接同一局域网。

b、PC1为Ubuntu系统,运行规划、控制算法,各模块使用ROS进行通信。

c、PC2为Windows系统,运行Simulink和Carsim。

 

 

建立两个ROS节点,一个为Talker负责发送车辆的转向、油门、刹车指令,一个为 Listener接收车辆的位姿信息,(此处msgs仅为示例,需结合具体的工程项目建立相应的node和topic)。

 

见文末链接—1*《Talker节点》

 
1//talker.cpp
 2#include 
 3#include "ros/ros.h"
 4#include "geometry_msgs/Pose2D.h"
 5#include "std_msgs/Float64.h"
 6
 7int main(int argc,char **argv)
 8{
 9    ros::init(argc,argv,"talker1");
10    ros::NodeHandle n;
11    ros::Publisher chatter_pub = n.advertise("control",10);
12    ros::Rate loop_rate(10);           
13    float count = 0;
14    while(ros::ok())
15    {
16        geometry_msgs::Pose2D msg;
17        msg.x = count * 0.01;      // 油门开度
18        msg.y = 0.5;               //方向盘扭矩 
19        msg.theta = 0;             //刹车气缸的压强
20        ROS_INFO("%f",msg.x);
21        //printf("%f\n",msg.data);
22        chatter_pub.publish(msg);
23        ros::spinOnce();
24        loop_rate.sleep();
25        ++count;
26
27        if (msg.x > 1)
28        {
29            count = 0;
30        }
31    }
32    return 0;
33}
 

见文末链接—2*《Listener节点》

 

 1//listenner.cpp
 2#include 
 3#include "ros/ros.h"
 4#include "geometry_msgs/Pose2D.h"
 5void chatterCallback(const geometry_msgs::Pose2D& msg)
 6{
 7    //ROS_INFO("I heard:[%f]",msg );
 8    ROS_INFO("I heard:",msg );
 9    printf("%f\n",msg.x);
10    printf("%f\n",msg.y);
11    printf("%f\n",msg.theta);
12}
13int main(int argc,char **argv)
14{
15    ros::init(argc,argv,"listener1");
16    ros::NodeHandle n;
17    ros::Subscriber sub = n.subscribe("simulink_pose",1,chatterCallback);
18    ros::spin();
19    return 0;
20}

 

进入主文件夹,使用从Ctrl + H快捷键显示隐藏的文件。

 

 

双击 .bashrc文件,在末尾加入两行代码:

 

192.168.0.101为PC1的IP地址。

 

输入通道分别为油门开度方向盘扭矩刹车压力。

 

输出通道分别为X、Y、Yaw、速度、方向盘转角。

 

见文末链接—3*《PC2上的Simulink模型的搭建》参考资料

 

见文末链接—3*《PC2上的Simulink模型的搭建》参考资料

 

见文末链接—4*《该Simulink模型的下载链接》

 

进入Simulink Library Browser中的ROS工具箱,添加Subscribe工具箱,并双击,将弹出如下的窗口:

 

 

a、选择Topic的来源。

b、编辑Topic的名称,输入/control,与ROS的Talker节点里的Topic对应。

c、选择msg的类型,与Talker节点里的Topic的msg对应。

 

 

添加总线选择器模块Bus Selector,以Subscribe的msg引脚作为它的输入,并双击进行参数设置

 

 

使用Select按钮进行Bus Selector输出引脚的定义。

 

 

从Simulink Library Browser中的ROS工具箱添加空白消息模块Blank Message,该模块用于创建ROS消息,并双击进行参数设置。

 

 

Message类型与ROS中的Listener节点中的消息类型一致。

 

从Simulink Library Browser中添加Bus Assignment模块,并双击打开如下窗口,使用Select按钮进行输出通道设置。

 

 

从Simulink Library Browser中的ROS工具箱添加Publish模块,并双击进行参数设置。

 

 

Topic为/simulink_pose,与ROS中的Listener节点的话题名字对应 Message的类型与Listener节点的消息类型对应。

 

 

选择Simulink菜单栏中的Tools项,如下图所示进入到Configure Network Address项。

 

 

上述操作将弹出以下窗口:

 

 

红色圈为PC1的IP地址。

 

a、首先启动PC1上的ROS收发节点。

b、PC2:在MATLAB的命令窗口输入以下指令,启动Simulink中的节点。

 

其中192.168.0.101为PC1的IP地址,192.168.0.100为PC2的IP地址。

 

1*《Talker节点》

【https://github.com/xiaoyuyang0901/Simulation-platform/blob/master/ROS-Simulink-Carsim/listenner.cpp】

2*《Listener节点》

【https://github.com/xiaoyuyang0901/Simulation-platform/blob/master/ROS-Simulink-Carsim/listenner.cpp】

3*《PC2上的Simulink模型的搭建》参考资料

【https://github.com/xiaoyuyang0901/Simulation-platform/tree/master/ROS-Simulink-Carsim】

4*《该simulink模型的下载链接》

【https://github.com/xiaoyuyang0901/Simulation-platform/tree/master/ROS-Simulink-Carsim】