「嵌入式-＞ROS2」为什么是MicroROS？关于选择的考虑。

·各位小伙伴大家好我又来一边学习一边分享啦。接上一篇文章的设计今天来分享的是为什么选用MicroROSMicroROS是可以部署在ESP32、STM32等微控制器上的ROS。现在能作为主机的板子实在价格昂贵树莓派等一系列的板子的价格一直居高不下甚至有人称之为“理财产品”这是作为我们这些热爱者们不愿意看到的。MicroROS所使用微控制器价格就降低了很多很多了。 但是小小的芯片是没有办法承载整个ROS的结构和功能的对此MicroROS很好的规避了这个问题。MicroROS采用的是客户端-代理Client-Agent架构是的ROS的核心——通信在MicroROS上依旧熠熠生辉MicroROS-Client他是运行在MCU也就是如ESP32等微控制器上的客户端。他不直接参与ROS2复杂的DDS通信而是负责硬件的交互比如读取IMU、控制电机将数据通过串口或WiFi等方式发送给代理。MicroROS-Agent这是运行在主机你的电脑、虚拟机、树莓派等板子上的代理。主要作用是读取来自MCU的数据翻译成ROS2的消息与此同时他也可以将ROS2的命令发送给MCU。这样你或许还体会不到这有什么优势我们来对比一下请先想象以下场景你是一个手搓机器人的爱好者是的你有点穷但是好在技术高超自己设计了ESP32的板子上面涵盖了IMU电机用的是编码器电器里程计也有了雷达你也决定手搓不就是个激光和光学传感器再加个电机吗好了现在你有IMU、里程计、雷达、电机。传统的方案你决定一星期每天只吃一顿饭然后攒钱买一个树莓派。现实中大家要认真吃饭不然会得胃病哦对的树莓派上是有Ubuntu系统的他是一个主机。现在你要去实现SLAM同时定位与建图由于你的东西都是手搓的没有底层驱动的支持以IMU为例所以你第一步是使用C语言编写IMU采集到的数据包括读取引脚、数据接收等一系列的配置工作。现在你获取了原始的数值你的这块ESP32的板子现在需要通过USB/TTL串口连接在树莓派上你设计的板子变成了主从机中的从机了。你发现你的数据好像不是ROS的那种消息类型只是一些粗糙的分不清哪个对哪个的数值并且数据也只是在ESP32上的数据流主机那边还是什么都没收到呢第二步你需要写一个发送数据的串口代码你必须要设置好波特率、串口号等一系列的配置除此之外还要约定好你和主机的协议按照协议发送从机按照协议读取主机。如图这是官方的IMU的消息类型包含了四元数、角速度、线速度。主机接收后需要填入这个标准的消息中当然消息类型可以自定义的。接下来 接下来为了变成SLAM一部分你必须对IMU的数据进一步的处理。这通常包括以下几个关键步骤数据预处理对原始IMU读数进行滤波如低通滤波以降低噪声并进行单位转换例如将原始ADC值转换为物理量。传感器标定估计并补偿IMU的零偏bias、比例因子scale factor和非正交误差以提高数据精度。姿态解算利用加速度计和陀螺仪数据通过互补滤波、Mahony滤波或扩展卡尔曼滤波EKF等算法实时计算载体的姿态俯仰、横滚、偏航角。积分与状态估计对处理后的角速度和线加速度进行积分结合其他传感器如轮式里程计、视觉的数据在SLAM框架如EKF-SLAM、因子图优化中进行融合共同估计机器人的位姿和地图。时间同步与插值确保IMU数据与其他传感器如相机、激光雷达的时间戳严格对齐必要时进行插值为紧耦合的SLAM前端提供高频率的预测。这样你的IMU才能初步使用起来后面还有一系列的步骤需要你去操作。MicroROS现在你决定使用MicroROS的方法你把电机、雷达等一系列的东西连接在ESP32上下载了VM安装了虚拟机。然后使用了WiFi进行通信是的不需要在时时刻刻用串口连着你的ESP32板子了。虚拟机上安装并运行了ROS的环境和MicroROS的agent而ESP32端也烧好了MicroROS的固件你现在在ESP32上调用一下rcl_publish(imu_msg)即可。这时候装载了MicroROS的ESP32也是ROS的生态下官方的消息格式也是包含的而且内置了QoS机制消息可靠、消息兼容。MicroROS的特点是上位机来处理复杂的算法下位机持续地执行和控制。传统的方式需要采集、自定义协议、串口发送、USB串口线连接、主机额外编写节点解析数据变成标准的消息格式。MicroROS方式采集数据后直接填入标准消息格式采用WiFi的方式给上位机上位机采用Agent监听代码量小、有线变成无线、可靠。