SLAM从入门到精通（ROS和底盘Stm32的关系）

学过Ros的同学，一般对subscribe、publish、话题、服务这些内容都比较熟悉。如果再熟悉一点的话，还会知道slam、move_base、moveit这些框架。再了解多一点的呢，会对框架里面的算法，比如和hector slam、gmapping、amcl、迪杰斯特拉、a*算法比较熟悉。但是，对机器人底盘的知识，尤其是Ros和stm32怎么通信的，很多人却是不算太了解的。

1、Ros和Stm32的物理连接

一般来说，Ros和Stm32会通过串口进行通信。就算两者通信的是usb，也会在stm32开发板上面通过芯片把usb信号转换成串口信号。

2、操作系统不同

通常Ros都是运行在linux系统之上的，如果需要界面的话，还会搭载一个ubuntu系统。而stm32开发板上面一般不会安装操作系统，就算有操作系统，也会是一个简单的rtos，比如开源的freertos之类的。在这个板子上面，会根据不同的运动类型，实现不同的控制算法。简单的运动控制算法用pid实现就可以。

3、报文协议

既然Ros和Stm32之间需要进行通信，那么不管是Ros读数据，还是Ros写数据，都需要按照一定的报文格式进行。通常会采用0x55 0xaa这样的报文头，还会有报文长度、报文内容、校验码，这些都是常规的报文协议格式。

4、Ros从底盘获取的数据

Ros系统从底盘获取的数据主要有这么几种。第一，里程计数据。这个数据一般是底盘根据轮速和底盘模型计算出来的。第二，imu数据。imu这类传感器，一般也是直接由底盘负责处理的。好一点的底盘程序，会直接融合里程计和imu的数据。第三，避障、电量、电机转速这些原始数据。电量比较好理解，比如机器人没电了，就可以直接发命令让机器人去自动充电。电机转速这些很多情况不一定需要，但是如果机器人需要做功能安全的话，是需要的。

5、Ros发送给底盘的命令数据

Ros发送给底盘的数据其实就比较简洁了，主要就是cmd_vel数据。这里面包含了x/y/z的线速度，还有围绕x/y/z的角速度。

6、底盘厂家提供的Ros包

很多时候，底盘厂家会直接提供一个Ros包给Robot开发厂家。这样Robot开发企业就可以专注在算法领域和业务领域，不用关于底盘这些操作细节了。Ros包实现的内容就是上面提及的3、4、5中描述的工作。此外，Ros包还要把从底盘获得数据publish出去，当然对于需要发送给底盘的速度要求也要提前向roscore subscribe一下。

最后还有一个要注意的就是，如果Ros包退出，相关的class对象在进行析构的时候，一定要让底盘停止，发送最后一次停止命令报文。这样整个工作环境才是安全的，这一点务必要牢记在心。做工业自动化、或者汽车自动驾驶的同学，这方面尤其要注意。

7、stm32开发板上的cmd_vel目标分解说明

前面我们说过，对于差速轮来说，它的线速度公式是这样的，vl和vr分别是左右轮的速度，

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v = (vr + vl) /2

角速度公式是这样的，其中l是轮距，

复制代码

w = (vr - vl) / l

假设这个时候，底盘从ros获取了vx、vy和w的要求，此时应该如何转变成vl和vr呢？处理过程其实是一样的。首先计算一下v，

复制代码

v = sqrt(vx * vx + vy * vy)

接着就是利用数组计算，

复制代码

vr + vl = 2 * v
vr - vl = w * l

所以简单计算一下，

复制代码

vr = v + w*l/2
vl = v - w*l/2

进一步带入v和w，那么公式就变成，

复制代码

vr = sqrt(vx*vx + vy*vy) + w*l/2
vl = sqrt(vx*vx + vy*vy) - w*l/2

所以说，大家最好能够灵活掌握vr/vl和v/w之间的转换过程。至于vr、vl怎么达到，比较简单的办法就是pid了。注意这里的vx、vy其实是有正有负的，算下来角度就是theta角。

8、其他

上面描述的都是正常情况。大家有没有想过，如果ros发送的cmd_vel，底盘做不了怎么办？比如，一些robot做不来原地旋转。那么这个时候改哪个程序呢？毫无疑问，就是publish cmd_vel的程序，local_planner。