小强ROS机器人教程(27)___bw_auto_dock自动充电功能包的使用和实现原理

xiaoqiang

点击此处购买自动充电模块套件

尺寸图：
（尾部两个4mm通孔用于固定小车底板尾部，5.5mmDC头接车载电池）

图形1.png

自动充电模块串口通信协议v1.2.pdf，2020年新版

自动充电模块串口通信协议V1.0.pdf，2020年之前老版本

自动充电串口质检工具.exe

ROS驱动包

【使用与实现原理】

2018年12月之后购买的用户，充电模块全部升级到了2代，2代相比一代使用超声波替换了碰撞开关，减少了模块机械损坏机率。2代支持同时测量电池电压和充电输入电压，1代只支持测量充电电压。电压测量值以ros话题形式发布，具体请看驱动包readme文件。

1. 将自动充电模块安装在小车尾部，把充电桩固定好，接好电源。小车充电过程会接触充电桩，因此充电桩需要固定不能左右、前后移动，最好是靠墙放置。充电桩前面需要至少预留1米乘以1.5米的自由活动空间。

0_1533288521912_充电桩放置示意图.png

2. 在主机ros catkin工作空间中下载安装自动充电模块的ros驱动包

如果是已经配置好的小强用户，可以直接跳过本步骤。

#假设catkin工作空间在~/Documents/ros
cd  ~/Documents/ros
cd src/
git clone http://git.bwbot.org/publish/bw_auto_dock.git
#切换到对应分支，1代切换到master，2代切换到version2分支，如果ros版本是melodic以上版本用noetic-version2分支
git checkout noetic-version2 #语法“git checkout 分支名字”
cd ..
catkin_make

3.将模块通过usb转串口模块接入主机usb，添加udev规制，将串口号映射为/dev/ttyUSB004，同时根据插入的usb端口号进行端口绑定。参考：这里

如果是已经配置好的小强用户，可以直接跳过本步骤。

#先安装串口设置包
sudo apt-get install setserial
#将当前计算机用户名添加进dailout用户组，以xiaoqiang为例
sudo adduser xiaoqiang dialout

#查看串口所在usb端口，即下条命令输出结果中/ttyUSBXXX字符前面的数字例如2-2:1.0，/ttyUSBXXX需要替换成实际端口号
udevadm info --name=/dev/ttyUSBXXX --attribute-walk

#根据这个端口号和映射信息/dev/ttyUSB004建立udev规则文件/etc/udev/rules.d/95-persistent-serial.rules，下面内容可供参考。对于非小强用户，xiaoqiang需要更换成自己的计算机用户名
ACTION!="add", GOTO="persistent_serial_end"
SUBSYSTEM!="tty", GOTO="persistent_serial_end"
KERNEL!="ttyUSB[0-9]*", GOTO="persistent_serial_end"

# This is old 11.10 style: IMPORT="usb_id --export %p"
IMPORT{builtin}="path_id"
KERNELS=="2-2:1.0"         ,SYMLINK+="ttyUSB004" , OWNER="xiaoqiang" ,RUN+="/bin/setserial /dev/ttyUSB004 low_latency"
LABEL="persistent_serial_end"

#最后重新加载udev规则
udevadm control --reload-rules
#重新插拔u转串模块 如果 ls /dev可以看到ttyUSB004设备，说明操作成功。

4.启动ros驱动节点，开始测试自动充电功能

对于小强用户，可以直接启动xiaoqiang_local.launch进行测试。
对于其它平台的用户，请根据xiaoqiang_local.launch里面的参数注释，把里程计和安装参数修改一下。

roslaunch bw_auto_dock xiaoqiang_local.launch

手动设置充电桩位置：节点启动成功后，先遥控小车到充电桩附近，小车可以不用接触上充电桩，保证充电桩已经很接近小车充电部位（相差10cm左右），现在可以通过运行下列命令手动发布充电桩位置保存指令，这样小车会把当前位置记录为充电桩位置。

rostopic pub  /bw_auto_dock/dockposition_save   std_msgs/Bool   '{data: true}'  -1
#保存成功后会在launch文件设置的目录里面生成一个文件，里面有位置数据。
#只有在红外传感器收到数据而且里程计消息有效时才会保存数据

遥控小车到一个随机位置，运行下列命令后，小车会自动进入自动充电模式，然后尝试自动对准充电桩。

rostopic pub  /bw_auto_dock/EnableCharge   std_msgs/Bool   '{data: true}'  -1

运行下列命令可以使小车退出自动充电模式，现在又可以返回到上一步，继续发布自动充电命令。

rostopic pub  /bw_auto_dock/EnableCharge   std_msgs/Bool   '{data: false}'  -1

5.自动充电原理介绍

充电桩会广播一组红外信号，小车上的自动充电模块有4个红外接收器。通过分析这四个红外接收器接收的红外信号，小车可以确定自己相对充电桩的位置。

0_1533288551997_自动充电原理介绍.png

安装在小车上的自动充电模块有充电电压、充电电流检测功能，还有两个碰撞检测开关。
整个自动充电控制逻辑是这样的：

a. 设置充电桩位置后，bw_auto_dock会自动设定两个参考点，充电桩位于这两个参考点连线一侧的中间位置。
b. 每次接收到自动充电指令后，小车会自动在这两个参考点之间循环运动。
c. 当L1或者R1接收器接收到充电桩的中间位置信号后，小车会判断已经到达充电桩正前方，会先后退一段距离（back_distance长度），然后原地旋转使R2、L2接收器正对充电桩。
d. 小车开始直线后退对准充电桩，期间根据R2、L2接收的信号进行pid对准控制。
e. 如果侦测到充电电压、电流，就停止移动，开始充电。如果触发了碰撞开关，同时还没有侦测到电压和电流就回到步骤b。

6.常见问题

a.back_distance该如何设置？
   back_distance对应的是超声波模块到base_link的距离，这个距离决定了上文5.c步骤小车后退距离。如果发现小车每次5.c旋转后都没有正对充电桩，说明这个参数设置的过大或过小，手动调一下back_distance参数（一般是减去过调的距离）。

b.在步骤5.e中机器人经常没有碰到充电桩就不后退了反而立即离开，即crash_distance该如何设置？
   crash_distance是一个碰撞检测阈值，在5.e步骤中，如果超声波探测的值小于crash_distance就认为是触发了碰撞开关。
   如果5.e中机器人经常没有碰到充电桩就不后退了反而立即离开，说明crash_distance值设置的太大了，尝试把它改小一些（每次减少10）。
   如果5.e中机器人已经碰到墙了，还在不断后退，说明crash_distance值设置的太小了，尝试把它改大一些（每次增加10）。
   在rqt_console里面打开dock_driver节点的debug输出，可以查看超声波模块的当前测量值。

超声波距离.png

7.升级控制算法

xq5分支代码是控制算法升级后的版本(ros melodic以上版本需要用noetic分支代码)，同时整合提供了service和action接口，还支持手动对接充电，具体请阅读代码了解。

#编译xq5分支代码(或者noetic分支)，所依赖的ros包从这里git clone下载后catkin_make编译
http://git.bwbot.org/publish/bw_auto_dock.git  #noetic分支
https://gitee.com/BluewhaleRobot/galileo_serial_server.git
https://gitee.com/BluewhaleRobot/galileo_msg.git

caom26

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强哥

请看上面的驱动包，都有的

caom26

您好我执行到第二步的catkin_make就报错了请问您能告知一下怎么解决吗
0_1535428420033_341ebe01-6a57-43e5-ba50-502168f9760c-image.png

bot

@caom26 装的是小强的镜像么

weijiz

@caom26 这是由于缺少geometry_msgs包

sudo apt-get install ros-kinetic-geometry-msgs

这个是kinetic版本的指令，如果不是kinetic版本需要根据版本进行修改。
如果有其他提示缺少软件包的情况也要对应安装。
也可以加入qq群538456117，交流

caom26

@weijiz 谢谢您！我试了一下还是不行可能不是这个版本的请问如何修改呢我是按照上面的步骤一步一步执行的

caom26

@bot 2. 在主机ros catkin工作空间中下载安装自动充电模块的ros驱动包
如果是已经配置好的小强用户，可以直接跳过本步骤。

#假设catkin工作空间在~/Documents/ros
cd ~/Documents/ros
cd src/
git clone https://github.com/BlueWhaleRobot/bw_auto_dock.git
cd …
catkin_make

我就是按照这个装的

weijiz

@caom26 如果是melodic版本需要执行

sudo apt-get install ros-melodic-geometry-msg

首先要确定自己安装的是什么版本的ROS。

caom26

@weijiz 谢谢谢谢我已经解决了

kevin

请问下，我按照教程上运行

roslaunch bw_auto_dock xiaoqiang_local.launch

后发布

rostopic pub  /bw_auto_dock/dockposition_save   std_msgs/Bool   '{data: true}'  -1

接着再发布

rostopic pub  /bw_auto_dock/EnableCharge   std_msgs/Bool   '{data: true}'  -1

小车没有反应？（使用的自己搭建的平台，树莓派3B主机indigo版本，arduino开发板，小车控制是cmd_val）

xiaoqiang

@kevin launch里面的里程计话题有没有改成自己小车的里程计名字，还有slamdb文件夹创建一下,发布dockposition_save命令后看一下里面是否有一个txt文件dock_station.txt。

mkdir  ~/slamdb

dock_station.txt文件里面第三行，存储了当前充电桩位置，这行三个数据依次为x、y、角度。

kevin

@xiaoqiang 用的是ros_arduino_bridge，默认也是odom

xiaoqiang

launch文件贴一下

kevin

@xiaoqiang

<launch>
  <node pkg="bw_auto_dock" type="bw_auto_dock" name="dock_driver">
    <!-- 充电部位到base_link位置的距离，base_link一般位于两个主动轮轴中间-->
    <param name="back_distance" value="0.40"/>
    <!-- 自动充电对准过程中的最大直线速度-->
    <param name="max_linearspeed" value="0.20"/>
    <!-- 自动充电对准过程中的最大旋转速度-->
    <param name="max_rotspeed" value="1.0"/>
    <!-- 自动充电直线运动对准阶段中的pid参数-->
    <param name="back_dock_kp" value="0.20"/>
    <param name="back_dock_ki" value="0.04"/>
    <param name="back_dock_kd" value="0.0"/>
    <!-- 自动充电设备串口号-->
    <param name="port" value="/dev/ttyUSB004"/>
    <!-- 里程计所在坐标系名字-->
    <param name="odom_frame_id" value="odom"/>
    <!-- 里程计话题名字-->
    <remap from="/odom" to="/xqserial_server/Odom" />
    <!-- 保存有充电桩位置的文件名,全路径在"～/slamdb/" -->
    <param name="station_filename" value="dock_station.txt"/>
    <param name="grid_length" value="4.0"/>
  </node>
  <!-- 设为０关闭底盘红外，设为１启动底盘红外-->
  <!-- <node pkg="nav_test" type="barDetectChanger.py" name="dock_barDetectChanger_node">
    <param name="barDetectFlag" value="0"/>
  </node> -->
</launch>

xiaoqiang

@kevin 上面launch没有remap那个里程计话题名字，{remap from=“/odom” to=“/xqserial_server/Odom” }改成{remap from=“/odom” to=“你的里程计话题名字” }

kevin

@xiaoqiang 谢谢！小车可以行走了。

kevin

@xiaoqiang 还有个问题：模块一定要装在尾部吗？如果装在头部或者其他位置，应该做什么改变？

xiaoqiang

@kevin 暂时只支持尾部

Leslie