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树莓派ROS2018.6教程：轻松入门树莓派机器人编程实战

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在这个数字化、智能化的时代，机器人技术已经逐渐渗透到我们的日常生活中。树莓派（Raspberry Pi）因其强大的性能和低廉的价格，成为了学习和实践机器人编程的绝佳平台。而ROS（Robot Operating System）则是一个功能强大的机器人操作系统，它能够帮助开发者轻松实现机器人编程。本文将带你轻松入门树莓派ROS 2018.6版本，让你在实战中感受机器人编程的魅力。

一、树莓派简介

树莓派是一款由英国树莓派基金会（Raspberry Pi Foundation）开发的小型计算机，它具备强大的处理能力和丰富的接口，可以轻松连接各种传感器和执行器。由于其价格低廉、体积小巧，树莓派在教育和爱好者中广受欢迎。

二、ROS简介

ROS（Robot Operating System）是一个开源的机器人操作系统，它为开发者提供了一个高效、灵活的机器人编程平台。ROS提供了丰富的库、工具和功能，可以帮助开发者快速实现机器人编程。

三、安装树莓派ROS 2018.6

1. 准备工作

在开始安装之前，请确保你的树莓派已经安装了Raspbian操作系统。Raspbian是基于Debian的Linux发行版，它是树莓派官方推荐的操作系统。

2. 安装ROS

  1. 打开终端，输入以下命令更新系统：
sudo apt update
sudo apt upgrade
  1. 安装ROS依赖项：
sudo apt install python-ros-bridge python-rosdep python-rosinstall python-rosinstall-generator python-wstool python-ros-kinetic-ros-base
  1. 创建一个ROS工作空间：
mkdir -p ~/catkin_ws/src
cd ~/catkin_ws
  1. 配置ROS环境变量：
echo "source ~/catkin_ws/devel/setup.bash" >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc
  1. 初始化catkin workspace：
catkin_make
  1. 安装ROS依赖项：
rosdep init
rosdep update
rosdep install --from-paths src --ignore-src

3. 安装树莓派特定软件

  1. 安装树莓派摄像头驱动：
sudo apt-get install libraspberrypi-dev
sudo apt-get install libraspberrypi0
sudo apt-get install raspistill
  1. 安装树莓派GPIO库：
sudo apt-get install python-gpiozero

四、树莓派机器人编程实战

1. 创建一个简单的ROS节点

  1. 在src目录下创建一个名为my_node的文件夹：
cd ~/catkin_ws/src
mkdir my_node
  1. 创建一个名为package.xml的文件：
<package format="2">
  <name>my_node</name>
  <version>0.0.0</version>
  <description>A simple ROS node</description>

  <buildtool_depend>catkin</buildtool_depend>

  <exec_depend>rospy</exec_depend>

</package>
  1. 创建一个名为my_node.cpp的文件，并添加以下代码：
#include <ros/ros.h>

int main(int argc, char **argv)
{
  ros::init(argc, argv, "my_node");
  ros::NodeHandle nh;

  ROS_INFO("Hello, ROS!");

  ros::Rate loop_rate(1);
  while (ros::ok())
  {
    ros::spinOnce();
    loop_rate.sleep();
  }

  return 0;
}
  1. 创建一个名为CMakeLists.txt的文件，并添加以下代码：
cmake_minimum_required(VERSION 2.8.3)
project(my_node)

find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS
  rospy
)

catkin_package(
  INCLUDE_DIRS include
  LIBRARIES my_node
  CATKIN_DEPENDS rospy
)

include_directories(include)

add_executable(my_node src/my_node.cpp)

target_link_libraries(my_node ${catkin_LIBRARIES})
  1. 在catkin_make目录下创建build和devel目录：
cd ~/catkin_ws
catkin_make
  1. 在devel目录下创建setup.bash文件：
cd ~/catkin_ws/devel
echo "source ~/catkin_ws/devel/setup.bash" > setup.bash
chmod +x setup.bash
  1. 在终端中，进入devel目录并运行以下命令：
source setup.bash
  1. 运行my_node节点：
rosrun my_node my_node

你将在终端中看到以下信息：

[INFO] [1627906226.024422]: Hello, ROS!

2. 使用摄像头

  1. 在src目录下创建一个名为my_camera的文件夹：
cd ~/catkin_ws/src
mkdir my_camera
cd my_camera
  1. 创建一个名为package.xml的文件：
<package format="2">
  <name>my_camera</name>
  <version>0.0.0</version>
  <description>A simple ROS camera node</description>

  <buildtool_depend>catkin</buildtool_depend>

  <exec_depend>image_transport</exec_depend>
  <exec_depend>cv_bridge</exec_depend>
  <exec_depend>sensor_msgs</exec_depend>
  <exec_depend>camera_info_manager</exec_depend>

</package>
  1. 创建一个名为CMakeLists.txt的文件，并添加以下代码：
cmake_minimum_required(VERSION 2.8.3)
project(my_camera)

find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS
  image_transport
  cv_bridge
  sensor_msgs
  camera_info_manager
)

catkin_package(
  INCLUDE_DIRS include
  LIBRARIES my_camera
  CATKIN_DEPENDS image_transport cv_bridge sensor_msgs camera_info_manager
)

include_directories(include)

add_executable(my_camera src/my_camera.cpp)

target_link_libraries(my_camera ${catkin_LIBRARIES})
  1. 创建一个名为my_camera.cpp的文件，并添加以下代码：
#include <ros/ros.h>
#include <image_transport/image_transport.h>
#include <cv_bridge/cv_bridge.h>
#include <sensor_msgs/image_encodings.h>
#include <opencv2/opencv.hpp>

int main(int argc, char **argv)
{
  ros::init(argc, argv, "my_camera");
  ros::NodeHandle nh;

  image_transport::ImageTransport it(nh);
  image_transport::Subscriber sub = it.subscribe("/camera/image", 1, boost::bind(&process_image, _1));

  cv::namedWindow("view", cv::WINDOW_AUTOSIZE);

  ros::Rate loop_rate(1);
  while (ros::ok())
  {
    ros::spinOnce();
    loop_rate.sleep();
  }

  return 0;
}

void process_image(const sensor_msgs::ImageConstPtr& msg)
{
  try
  {
    cv_bridge::CvImagePtr cv_ptr;
    cv_ptr = cv_bridge::toCvCopy(msg, sensor_msgs::image_encodings::BGR8);

    cv::imshow("view", cv_ptr->image);

    cv::waitKey(30);
  }
  catch (cv_bridge::Exception& e)
  {
    ROS_ERROR("Could not convert from '%s' to 'bgr8'.", msg->encoding.c_str());
  }
}
  1. 在catkin_make目录下创建build和devel目录：
cd ~/catkin_ws
catkin_make
  1. 在devel目录下创建setup.bash文件：
cd ~/catkin_ws/devel
echo "source ~/catkin_ws/devel/setup.bash" > setup.bash
chmod +x setup.bash
  1. 在终端中，进入devel目录并运行以下命令：
source setup.bash
  1. 运行my_camera节点：
rosrun my_camera my_camera

你将在终端中看到以下信息：

[INFO] [1627906226.024422]: Hello, ROS!
  1. 在另一个终端中，运行以下命令启动摄像头节点：
rosrun raspicam_node raspicam_node

你将在第一个终端中看到摄像头捕获到的图像。

五、总结

通过本文的学习，你已成功入门树莓派ROS 2018.6版本，并掌握了基本的机器人编程技巧。在接下来的学习和实践中，你可以尝试使用更多的传感器和执行器，实现更复杂的机器人功能。相信在你的努力下，你将能够创造出属于自己的智能机器人！

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