ROS与Matlab语言入门教程-从Simulink中创建单独的ROS节点

在本例，用户将会配置一个模型为一个单独的ROS节点生成C++代码，将会转换代码到Ubuntu Linux系统，编译ROS节点并运行。

预备知识

这个例程需要嵌入式编码器；

必须要有Ubuntu Linux系统用于编译和运行生成的C++代码，用户可以使用自己的Ubuntu系统，或使用机器人系统工具箱的Linux虚拟机例程（相关说明请查阅“开始使用Gazebo和仿真TurtleBot”）。

复习“使能ROS机器人的反馈控制”例程。

任务1-配置模型以生成代码

本任务中，用户将会配置一个模型为单独的ROS节点生成C++代码，该模型将是在“ROS使能的机器人的反馈控制”例程介绍的比例控制器。

打开“proportional controller model”“ robotExROSFeedbackControlExample”，选择“Edit > Select All”，然后“Edit > Copy”。

打开一个新的Simulink模型，选择“Edit > Paste”。

点击“Simulation > Model Configuration Parameters”。

在配置参数对话框的“Code Generation”面板，设置“System target file”为“ert.tlc”并点击“Apply”。然后，从“Target hardware”选择“Robot Operating System (ROS)”，再次点击“Apply”。观察到“ToolChain”被设置为“Catkin”。

在配置参数对话框的“Solver”面板，确保解算机（Solver）的“Type”设置为“Fixed-step”，并设置“Fixed-step size”为0.05。在生成的代码中，“Fixed-step size”定义了实际的时间步进，以秒为单位，用于模型的更新循环（参阅About Model Execution）。该值可以设置更小（如0.001或0.0001），但是本例0.05就已经足够了。

参数配置对话框的“Coder Target”让用户定制生成的C++代码，“Package Information”组包含的信息将会被包含在生成的ROS节点的“package.xml”文件。更改“Maintainer name”为“ROS Example User”。

点击“OK”关闭配置参数对话框，并保存模型的文件名为“RobotController.slx”。

任务2-生成C++ROS节点

（1）在MATLAB中，更改当前的文件夹到一个临时的位置，用户拥有写的权限。
（2）代码生成过程，首先准备为仿真准备模型，以确认所有的块都正确初始化。该准备工作需要已经启动有效的ROS主控节点。如果用户想要执行代码生成，选择“Tools > Robot Operating System (ROS) > Configure Network Addresses”，然后设置“ROS Master”和“Node Host”的“Network Address”的值为“Default”。

（3）在MATLAB命令行中输入“rosinit”，创建一个本地的ROS主控节点。
（4）点击“Code > C/C++ Code > Build Model”，如果用户发现任何有关总线类型不匹配，则关闭模型，从基本MATLAB工作空间中清除所有变量，再重新打开模型。
（5）一旦编译完成，用户将会在当前文件夹看到两个文件：“RobotController.tgz”（包含C++代码的归档文件）和“build_ros_model.sh”（用于提取和编译C++代码的shell脚本）。

任务3-转换文件到ROS系统

本任务假设用户正在使用带有机器人系统工具箱例程的Linux虚拟机，虚拟机被配置接收SSH和SCP的连接。如果用户使用自己的Linux系统，则向系统管理员咨询一个安全的方式转换文件。

（1）确保用户的宿主系统（包含“RobotController.tgz”和“build_ros_model.sh”文件的系统）拥有SCP客户端，对于Windows系统，下一步假设已经安装了PuTTY SCP客户端（pscp.exe）。
（2）使用SCP转换“RobotController.tgz”和“build_ros_model.sh”到用户的Linux虚拟机上的根目录（用户名是“user”，密码是“password”）。下面是示例的转换指令运行在宿主系统（用虚拟机的IP地址替换指令中的“192.168.60.163”）：
如果宿主系统是Windows：
pscp.exe RobotController.tgz build_ros_model.sh user@192.168.60.163:
如果宿主系统是Linux或者Mac OS X
scp RobotController.tgz build_ros_model.sh user@192.168.60.163:
注意：“build_ros_model.sh”文件并不是模型特有的，所以只需被转换一次。

任务4-编译ROS节点

（1）在Linux系统，执行如下的命令以创建一个Catkin工作空间，只需做一次。（如果用户已经有一个Catkin工作空间，可以直接使用该工作空间）。
mkdir -p ~/catkin_ws_simulink/src
cd ~/catkin_ws_simulink/src
catkin_init_workspace
（2）在Linux系统执行如下的指令以解压缩并编译ROS节点
cd ~

./build_ros_model.sh RobotController.tgz ~/catkin_ws_simulink

（3）生成的源码在“~/catkin_ws_simulink/src/robotcontroller/”下，查看“package.xml”的内容。
（4）使用如下的指令验证节点的可执行文件，如果可执行文件成功创建，指令将会列出有关可执行文件的信息。
file ~/catkin_ws_simulink/devel/lib/robotcontroller/robotcontroller_node

任务5-运行和验证ROS节点

本任务中，用户将会运行新建立的ROS节点并使用基于MATLAB的机器人仿真器验证节点的表现。

（1）在Ubuntu Linux系统，启动ROS主控节点，如果指令返回错误“roscore”已经存在，那么进行下一步。
roscore &
（2）在宿主系统，根据如下代码启动基于MATLAB的机器人仿真器（参阅从Simulink连接到ROS使能的机器人），该仿真器发布到“/odom”话题。
rosinit('192.168.60.163') % replace with IP address of ROS master
ExampleHelperRobotSimulator
（3）在Ubuntu Linux系统，运行新建立的ROS节点，该节点对从“/odom”话题接收到的新消息作出反应。
~/catkin_ws_simulink/devel/lib/robotcontroller/robotcontroller_node
（4）在Ubuntu Linux系统，打开一个新的终端并使用“rostopic list”和“rosnode info”验证节点是活动的。

（5）在宿主计算机，验证仿真机器人向目标运动（“Desired Position”在模型中由常量指定），一旦机器人到达目的地则停止。当机器人停止，点击“ExampleHelperRobotSimulator”图像窗口上的“Randomize Location”，这将使机器人移动到一个随机的位置，那么机器人又要从该位置向目的地移动。
（6）一旦用户完成验证，可以通过根据如下步骤清除系统状态。
在宿主计算机，关闭“ExampleHelperRobotSimulator”图像窗口并在MATLAB命令行输入“rosshutdown”。
在Ubuntu Linux系统，运行下面的指令：
pkill -f robotcontroller
pkill -f roscore

高级话题和故障排除

指定处理器生成代码：如果用户使用其它产品（如计算机视觉系统工具箱）的块，生成代码可能包括处理器指定最优化，导致在Linux上建立ROS节点时的编译问题。这种情况下，用户需要让Simulink知道生成的代码编译的平台，可以通过模型配置参数对话框的“Hardware Implementation”面板实现。

需要的包：机器人系统工具箱包含许多ROS消息类型（如Baxter或PR2），是标准ROS发布的一部分。如果用户的Simulink模型包含非标准或用户自己的消息类型，用户将会成功地仿真和生成代码。然而，为了使用“build_ros_model.sh”建立生成的ROS节点，用户首先需要下载并安装所有需要的包。下面是一种实现方式（假设需要的包是“baxter_core_msgs”）。

Refresh the list of available packages

sudo apt-get update

Search the list for ROS Baxter packages (e.g., ros-hydro-baxter-core-msgs)

apt-cache search baxter

Download and install the required package

sudo apt-get install ros-hydro-baxter-core-msgs

任务模式：Simulink既可以生成多任务模式也可生成单任务模式（参阅“Time-Based Scheduling and Code Generation”）。默认情况下，使用单任务模式（单线程for all the rates）生成ROS节点，不带有实时线程调度。这允许生成ROS节点不需要“sudo”权限的执行，但是会导致更少的可预料的表现。

如果用户需要更多可预料的表现，用户可以配置模型以使用多任务。在配置参数对话框的“Solver”面板，设置“Tasking mode for periodic sample times”为“MultiTasking”。生成代码过程中，这将为模型中的每个等级创建一个单独的线程，并为线程使用优先级调度。

为了运行ROS节点，用户需要按下述使用“sudo”：

sudo -E ~/catkin_ws_simulink/devel/lib/robotcontroller/robotcontroller_node