引言
这次我们要实现的功能是用 g29 方向盘远程控制 Donkey Car 小车运动。
整个系统包括小车平台和 PC 端两部分：
- 小车平台上的设置
- 安装 raspbian 操作系统
- 安装 ROS
- 安装 Donkey Car 相关的 ROS package
- PC 端的设置
- 安装 ROS
- 编写程序提取 g29 方向盘控制命令并发布到 ROS topic 上
基于以上两个平台，设置它们之间的 ROS 通讯，就可以实现远程控制。
下边是具体操作步骤。
小车平台上的安装
虽然可以 ssh 到小车上进行远程设置，但是还是强烈推荐连接上显示器、鼠标、键盘，将 raspberry pi 板子当作一个普通的电脑主机使用，操作起来要方便很多。
以下的安装步骤都是假设已经给 raspberry pi 外接了显示器、鼠标和键盘。我们用的是 raspberry pi 3B+ 。
安装 raspbian 操作系统
第一步是将 sd 卡创建成一个系统启动盘。步骤如下：
- 下载 raspbian 操作系统镜像
目前 raspberry pi 官网提供了最新的 raspbian 版本 buster 。但是出于兼容性方面的考虑，我们选择用不那么新的 stretch 版本。
下载地址 http://downloads.raspberrypi.org/raspbian_full/images/raspbian_full-2019-04-09/
只需要下载那个 1.9 G 的压缩文件即可。 - 创建启动盘
官网提供了非常详细的安装说明。也可以参考这里，通过命令行的形式烧录和备份镜像文件。如果不习惯用命令行方式，推荐用 Etcher 。 - 最后的安装
有了 sd 卡启动盘，插到 raspberry pi 板子上。通电启动就会进入系统安装界面，跟普通的 ubuntu 系统安装流程类似，不再赘述。
从 sd 卡启动是树莓派的标配，不过也可以从 USB 盘启动。基本方法也是通过 Etcher 将系统镜像文件写入 USB 盘。具体操作可以参考这里。对于最新版的树莓派 3B+，启动的时候只需要 USB 盘，对于旧版的树莓派，还需要 sd 卡做一下引导。
用 USB 做系统盘的好处是存储容量可能比 sd 卡大一些，缺点是暴露在外边，不小心碰到了就可能直接关机了。
安装 ROS
在 raspbian 上安装 ROS 跟 ubuntu 有点区别。raspbian 系统中没有现成的已编译好的 ROS debian package，所以不能简单地用 apt install ros-kinetic-desktop-full 之类的命令安装。我们有两个选择：
- 从源码编译
- 直接用别人分享的 raspbian + ROS 镜像文件
这里我用了源码编译的方式。具体流程如官网所示. 这里不再赘述。
在安装过程中有几个问题需要注意
- 注意 raspbian 的版本，不同的版本安装命令有些区别。我们用的是 stretch 版本。
- 在最后进行如下编译时
sudo ./src/catkin/bin/catkin_make_isolated --install -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release --install-space /opt/ros/kinetic默认编译参数是 -j4 。我们在编译时系统完全卡死。尽管 raspberry pi 板子是 quad-core 的，但整体计算能力还是比较低。为了避免编译死机，可以添加参数-j2，如果还死机，用-j1，最终的编译命令为sudo ./src/catkin/bin/catkin_make_isolated --install -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release --install-space /opt/ros/kinetic -j2 # 或 -j1 - 设置完这一步就可以结束了
echo "source /opt/ros/kinetic/setup.bash" >> ~/.bashrc后边的步骤不需要。
根据我们的经验，整个源码安装过程至少 3 个小时 （用了参数 -j1）。
安装 Donkey Car 相关的 ROS package
本项目用到的 package 都在这里。实际上我们只需要其中两个 package: donkey_car 和 ros-i2cpwmboard。
只要前一步的 ROS 编译过程没有问题，后边在使用 ROS 时跟普通 ubuntu 上是完全一样的。
基本步骤是创建一个 workspace，把上述两个 package 放进去， catkin_make 编译一下，就可以了。
在编译 ros-i2cpwmboard 时如果出现如下错误
‘i2c_smbus_write_byte_data’ was not declared in this scop
则需要额外安装一个 i2c 工具包
sudo apt-get install libi2c-dev
以上所有流程结束之后可以测试一下：
roslaunch donkey_car keyboard_demo.launch
通过 rqt_graph 可以看到一个 topic /cmd_vel ，此时只要向该 topic 发送控制命令，就可以驱动小车移动了。可以在命令行用rostopic pub 命令向 /cmd_vel 发送数据测试一下。
这里可能有个问题，运行上述 roslaunch 命令之后，在没有任何 topic 信息输入的情况下，车轮的角度可能会偏向一边，而不是朝向正前方。这是因为 donkey_car/src/low_level_control.py 这个文件中设置的参数跟实际小车不太匹配。这个文件中默认 center_value 的 pwm 值为 333，我们的小车设置为 300 时车轮才会朝前。具体搜索 pwm 值的过程可以参考这里。
下一步我们就在 PC 端将 g29 方向盘的操作发布到该 topic 上。
PC 端安装
安装 ROS
PC 端的 ROS 安装比较中规中矩，按照官网步骤安装即可。对于我们这个项目，安装 desktop 就足够了，不需要 desktop-full。当然，安装 desktop-full 肯定也是没有问题的。
转换 g29 操作指令到 ros topic
我们这里用 Node.js 与 g29 通讯，Node.js 既可以提取 g29 的操作输入 （方向盘转角、踏板），也可以反向控制 g29 方向盘。关于反向控制的部分，可以参考我们之前的文章。
下面我们要基于 Node.js 编写 ROS node 文件 g29_pub.js，实现 g29 控制命令的提取:
#!/usr/bin/env node
'use strict';
const rosnodejs = require('rosnodejs');
const g = require('logitech-g29');
const Twist = rosnodejs.require('geometry_msgs').msg.Twist;
const options = {
autocenter: true,
debug: false,
range: 900
}
const wheel = {
currentPos: 0,
moveToPos: 0,
moved: true
}
var connected = false;
// once g29 is connected, run this function
g.connect(options, function() {
connected = true;
g.forceFriction(0.4);
})
function g29_pub_node() {
rosnodejs.initNode('/g29_pub')
.then((rosNode) => {
if (!connected)
return;
var pub = rosNode.advertise('/cmd_vel', Twist);
const msg = new Twist();
g.on('wheel-turn', function(val){
msg.angular.z = -(val-50.0)/50.0; # 可以按照实际需要，将 g29 转角转换成小车的转角
pub.publish(msg);
})
g.on('pedals-gas', function(val){
msg.linear.x = val * 5; # 可根据需要修改
pub.publish(msg);
})
g.on('pedals-brake', function(val){
msg.linear.x = val * - 5; # 可根据需要修改
pub.publish(msg);
})
})
}
if (require.main === module) {
// Invoke Main Function
g29_pub_node();
}
上述命令创建了名了 g29_pub_node 的 ROS node，可以将 g29 的操作转化成 /cmd_vel上的命令。
Donkey Car 与 PC 的连接
有了以上两个平台，现在需要配置 ROS 环境，实现两个平台之间的通讯。假设现在两个平台连接到同一局域网里，互相能 ping 通。
我们选择在 PC 端运行 ROS master, 小车远程连到 PC。
- PC 平台：
在~/.bashrc文件末尾添加如下变量定义：export ROS_IP=<PC IP addrss>然后重开 terminal ，启动 ROS，运行刚才编写的g29_pub.js文件。这样就设置好了 g29 方向盘到/cmd_vel这一部分的连接。可以通过rostopic echo /cmd_vel查看一下方向盘转动时是否有数据输出。 - 小车平台
类似地，要在~/.bashrc文件末尾添加如下变量定义：export ROS_IP=<donkey car IP addrss> export ROS_MASTER_URI=http://<PC IP address>:11311这里不仅要设置本地 IP，还要设置要远程连接的 ROS master 的 IP。设置好以上内容之后，运行如下命令：roslaunch donkey_car keyboard_demo.launch这就设置好了从/cmv_vel到小车这一部分的连接。
如果一切顺利，应该可以通过 g29 方向盘远程控制 Donkey Car 运行了。
