嵌入式方向实践 小车实验报告

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嵌入式方向实践 小车实验报告

实验任务

背景

主要学习和考核以ROS为主的机器人相关知识、非常符合目前机器人产业界的人才需求，同时其更高的技术门槛，以及更激烈的对抗性。

为保证线上比赛的公平性，智能车室外光电组线上仿真比赛平台统一用「Gazebo」。赛道模型和无人车三维模型统一提供。线上比赛需要先把赛道模型导入Gazebo，采用ROS中建地图的方式构建赛道地图，通过自主导航算法实现无人车完成从起到到终点的运动。仿真平台的传感器可以使用IMU，激光雷达或摄像头，仿真平台自主导航算法不限。

赛道模型不允许修改。赛道示意图如下

image-20241215154416407

统一使用提供的仿真车模型。仿真车模型的示意图如下：

image-20241215154424244

仿真车模型自带传感器如下：

​ IMU ；激光雷达； 深度摄像头

仿真车模型如下方面禁止修改：

​ 尺寸大小；自带传感器参数；无人车质量；无人车中各部位的转动惯量矩阵；碰撞系数

关于碰撞，线上仿真比赛赛道中会有锥桶等障碍物，车模运行时要避开障碍物，否则会有相应处罚，障碍物位置是随机的，会在赛前公布。赛道中的锥桶采用的是Gazebo models中的标准锥桶模型。

比赛时，仿真车根据提供的统一地图自主导航，避开障碍物，从赛道起点跑到终点，记录比赛完成时间，作为线上仿真比赛的成绩。

比赛违规说明

1、车模碰触到锥桶，加罚5s

2、车模碰触到赛道围栏，加罚5s

3、车模碰触到锥桶或赛道围栏后停止运行，计比赛失败

4、车模在赛道中停止运行，计比赛失败

5、为了考查参赛队员在传感器数据融合方面的能力，在Gazebo仿真比赛中，禁止使用Gazebo直接发布无人车的精准位置消息（odometry）。

https://blog.csdn.net/Lovely_him/article/details/107948765。

综合实践说明

采用ROS中建地图的方式构建赛道地图，通过自主导航算法实现无人车完成从起点到终点的运动。仿真平台的传感器可以使用IMU，激光雷达或摄像头，仿真平台自主导航算法不限。

统一提供已经构建好的竞赛地图和车模。车模参数和地图参数不得私自修改。车模根据构建好的地图自主导航，避开锥桶障碍物，从赛道起点跑到终点，记录完成时间，根据完成时间进行成绩排名。

实验报告

一 创建虚拟机

  1. 使用Orcale VM VirtualBox创建一个新的虚拟机，基本配置如下：

    image-20231223005528730

​ 2. 虚拟机系统为ubuntu-18.04.06

二 安装ROS-melodic

​ 以下内容参考了：

​ ros-racecar.pdf

​ melodic/Installation/Ubuntu - ROS Wiki

​ Ubuntu18.04安装ROS Melodic（详细，亲测安装完成，有清晰的截图步骤）_ubuntu 18 ros melodic-CSDN博客

​ ROS Melodic 安装必成功流程+避坑指南（超详细）-CSDN博客

  1. 更换源服务器为南京大学镜像，在“软件和更新”中可以找到：

    image-20231222174905401

  2. 输入以下指令，将ROS软件仓库的信息添加到Ubuntu系统的APT源列表中：

    1
    sudo sh -c 'echo "deb http://packages.ros.org/ros/ubuntu $(lsb_release -sc) main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'

  3. 添加两个密钥（来自ros-racecar.pdf)：

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    sudo apt-key adv --keyserver hkp://ha.pool.sks-keyservers.net --recv-key 421C365BD9FF1F717815A3895523BAEEB01FA116
    1
    sudo apt-key adv --keyserver hkp://ha.pool.sks-keyservers.net --recv-key F42ED6FBAB17C654

    结果遇到了报错（可能是公钥服务器的问题，也可能是密钥有问题）：

    image-20231222175853498

    上网查询后，改为使用以下命令： 

    1
    sudo apt-key adv --keyserver 'hkp://keyserver.ubuntu.com:80' --recv-key C1CF6E31E6BADE8868B172B4F42ED6FBAB17C654

    成功，显示如下：

    image-20231222180151569

  4. 更新软件列表

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    sudo apt-get update

  5. 安装ros-melodic桌面完整版， 包含 ROS、rqt、rviz、机器人通用库、2D/3D 模拟器、导航以及 2D/3D 感知包：

    1
    sudo apt install ros-melodic-desktop-full

  6. 添加环境变量

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    echo "source /opt/ros/melodic/setup.bash" >> ~/.bashrc
    source ~/.bashrc

  7. 安装依赖

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    sudo apt install python-rosdep python-rosinstall python-rosinstall-generator python-wstool build-essential

  8. 初始化rosdep

    1
    sudo rosdep init

    看到以下内容说明成功：

    image-20231222182045717

    然后输入：

    1
    rosdep update

    结果报错了：

    image-20231222182303433

    大概是网络问题，多次执行rosdep update命令可能可以解决（本人执行了快二十遍才成功）。

    像下面这样说明成功了：

    image-20231222193402720

  9. 测试：

    1
    roscore

    结果是以下内容，想执行install python-roslaunch也失败：

    image-20231222193729221

​ 参考ROS安装问题： “Command ‘roscore‘ not found, but can be installed with: sudo apt install python-roslaunch“-CSDN博客解决了，但是这个解决办法总感觉有点奇怪。

三 运行racecar

  1. 使用虚拟文件夹将准备好的代码放进虚拟机里，并移动至/~目录下。

  2. 初始化工作空间，给的代码好像是ros kinetic版本的，因此先将src/CMakeLists.txt中的kinetic改成melodic。

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    cd ~/racecar_ws/src
    catkin_init_workspace

    然后它显示 File “/home/jinqq/racecar_ws/src/CMakeLists.txt” already exists，这个指令就跳过了。

  3. 编译源代码，先回到racecar_ws中

    1
    catkin_make

    结果遇到以下问题：

    image-20231222203853820

    执行权限的问题，输入以下添加权限：

    1
    sudo chmod -R a+rwx *

    结果又报错：

    image-20231222233216409

    好像是符号格式的问题，太麻烦了，直接把CMakeLists里指向的/opt/ros/melodic/share/catkin/cmake/toplevel.cmake复制进CMakeLists算了…也就是把CMakeLists里的内容变为toplevel.cmake的内容。

    重新执行catkin_make后，会发现报错找不到包，例如：

    image-20231223002340928

    这是缺少包导致的，首先输入以下命令安装这些包（来自ros-racecar.pdf)：

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    sudo apt-get install ros-melodic-driver-base
    sudo apt-get install ros-melodic-ackermann-msgs
    sudo apt-get install ros-melodic-controller-manager
    sudo apt-get install ros-melodic-gazebo-ros-control
    sudo apt-get install ros-melodic-effort-controllers
    sudo apt-get install ros-melodic-joint-state-controller
    sudo apt-get install ros-melodic-rtabmap-ros
    sudo apt-get install ros-melodic-move-base
    sudo apt-get install ros-melodic-map-server
    sudo apt-get install ros-melodic-teb-local-planner
    sudo apt-get install ros-melodic-global-planner

    再次尝试catkin_make后，发现还报错找不到OpenCV这个包，处理方法比较特殊，参考了OpenCV找不到config.cmake（简单直接的解决方法）：Could not find a package configuration file provided by “OpenCV“_opencvconfig.cmake-CSDN博客，如下：

    首先进入根目录中，然后搜索opencvconfig，如下：image-20231223002917135

    找到位置后，再看报错的是哪个CMakeLists，发现是racecar_ws/src/racecar_gazebo下的CMakeLists.txt ，打开该文件，在find_package(….)前面加入（或修改）set(OpenCV_DIR xxx) ，其中xxx为搜索找到的位置，例如改成下面这样：

    image-20231223003433085

    这时候再catkin_make，应该成功了。

  4. 添加环境变量：

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    echo "source ~/racecar_ws/devel/setup.bash" >> ~/.bashrc

    source ~/.bashrc

  5. 打开一个新的终端，启动ros环境：

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    roscore

  6. 再打开一个新的终端，启动gazebo地图：

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    cd ~/racecar_ws/
    roslaunch racecar_gazebo racecar_runway_navigation.launch

    gazebo 启动可能需要一小会，此时不要进行其他操作，不然 gazebo 容易崩溃。

    启动成功后会如下显示：（给我卡闷了）

    image-20231223004524476

  7. 再打开一个新的终端，启动rviz

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    cd ~/racecar_ws/
    roslaunch racecar_gazebo racecar_rviz.launch

    启动成功后会如下显示：

    image-20231223004947552