ROS2与Matlab入门教程-在Simulink中开始使用ROS2

说明：

• 介绍如何使用ROS2的Simulink模块从本地ROS2网络发送和接收消息

• 介绍如何处理ROS2消息中的数据

介绍：

• Simulink 对机器人操作系统 2 (ROS 2) 的支持使您能够创建适用于 ROS 2 网络的 Simulink 模型。

• ROS 2 是一个通信层，它允许机器人系统的不同组件以消息的形式交换信息。组件通过将消息发布到特定主题来发送消息，例如/odometry. 其他组件通过订阅该主题来接收消息

• Simulink 对 ROS 2 的支持包括一个 Simulink 模块库，用于发送和接收指定主题的消息。当您对模型进行仿真时，Simulink 会连接到 ROS 2 网络，该网络可以与 Simulink 运行在同一台机器上或远程系统上。建立此连接后，Simulink 会与 ROS 2 网络交换消息，直到仿真终止。如果安装了 Simulink Coder™，您还可以从 Simulink 模型为独立的 ROS 2 节点生成 C++ 代码

步骤：

• 使用 Simulink 发布机器人的位置X和Y位置

• 输入以下命令打开示例中创建的完整模型

open_system( 'ros2GetStartedExample' );

• 配置一个块来向一个geometry_msgs/Point名为的主题发送消息/location（“ /”是标准的 ROS 语法）

• 从 MATLAB 工具条中，选择Home > New > Simulink Model打开一个新的 Simulink 模型

• 从 Simulink 工具条中，选择Simulation > Library Browser以打开 Simulink Library Browser。单击ROS 工具箱选项卡（您也可以roslib在 MATLAB 命令窗口中键入）。选择ROS 2库

• 将Publish模块拖到模型中。双击块以配置主题和消息类型

• 选择指定您自己的主题源，然后输入主题/location

• 单击消息类型旁边的选择。将出现一个弹出窗口。选择并单击确定以关闭弹出窗口。geometry_msgs/Point

• 创建 ROS 2 消息，创建一个空白的 ROS 2 消息并使用机器人路径的 x 和 y 位置填充它。然后将更新后的 ROS 2 消息发布到 ROS 2 网络

• ROS 2 消息在 Simulink中表示为总线信号，总线信号是一组 Simulink 信号，还可以包含其他总线信号。ROS 2 Blank Message模块输出与 ROS 2 消息对应的 Simulink 总线信号。

• 单击库浏览器中的ROS 工具箱roslib选项卡，或在 MATLAB 命令行中键入。选择ROS 2库

• 将一个空白消息块拖到模型中。双击块以打开块掩码

• 单击消息类型框旁边的选择，然后从出现的弹出窗口中进行选择。将采样时间设置为 0.01。单击“确定”关闭模块掩码。geometry_msgs/Point

• 从Library Browser的Simulink > Signal Routing选项卡中，拖动一个Bus Assignment模块

• 将Blank Message模块的输出端口连接到Bus Assignment模块的 Bus 输入端口。将Bus Assignment模块的输出端口连接到Publish模块的输入端口

• 双击Bus Assignment模块。geometry_msgs/Point您应该会看到左侧列出的x、y 和 z（构成消息的信号）

• signal1在右侧列表框中选择并单击删除。在左侧列表框中同时选择X和信号，然后单击Select。单击确定以应用更改

• 注意：如果您没有看到列出的 x、y 和 z，请关闭 Bus Assignment 模块的模块封装，然后在Modeling 选项卡下，单击Update Model以确保正确传播总线信息。如果您看到错误“无法找到总线分配块中的选定信号'signal1'”，则表明总线信息尚未传播。关闭诊断查看器，然后重复上述步骤

• 现在可以使用机器人位置填充总线信号

• 从Library Browser的Simulink > Sources选项卡中，将两个Sine Wave模块拖到模型中

• 将每个Sine Wave模块的输出端口连接到Bus Assignment模块的分配输入端口 x 和 y

• 双击连接到输入端口的Sine WaveX模块。将Phase参数设置为-pi/2并单击OK。将Sine Wave模块连接到输入端口Y作为默认设置

• 发布者应如下所示

• 至此，模型设置为向 ROS 2 网络发布消息。您可以按如下方式验证这一点

• 在Simulation选项卡下，将仿真停止时间设置为inf

• 单击运行开始模拟。Simulink 为模型创建一个专用的 ROS 2 节点和一个对应于Publish模块的 ROS 2 发布者

• 仿真运行时，ros2 node list在 MATLAB 命令窗口中键入。这列出了 ROS 网络中可用的所有节点，并包括一个名称类似的节点/untitled_90580（模型的名称以及一个随机数以使其唯一）

• 仿真运行时，ros2 topic list在 MATLAB 命令窗口中键入。这列出了 ROS 2 网络中可用的所有主题，其中包括/location

• 单击停止以停止模拟。Simulink 删除 ROS 2 节点和发布者。通常，模型的 ROS 2 节点以及任何相关的发布者和订阅者都会在模拟结束时自动删除；不需要额外的清理步骤

• 创建订阅者，使用 Simulink 接收发送到/location主题的消息。您将从消息中提取 x 和 y 位置并将其绘制在 xy 平面上

• 从库浏览器的ROS 工具箱选项卡中，将订阅块拖到模型中。双击块

• 在主题源框中选择指定您自己的，然后在主题框中输入。/location

• 单击消息类型框旁边的选择，然后从弹出窗口中选择。将采样时间设置为 0.01。单击“确定”关闭模块掩码。geometry_msgs/Point

• Subscribe模块输出 Simulink 总线信号，因此您需要从中提取 x 和 y 信号

• 从Library Browser的Simulink > Signal Routing选项卡中，将Bus Selector模块拖到模型中

• 将Subscribe模块的Msg输出连接到Bus Selector模块的输入端口

• 从Modeling 选项卡中，选择Update Model以确保传播总线信息。您可能会收到错误消息，“在输入总线信号中找不到总线选择器块'untitled/Bus Selector'中的选定信号'signal1'”。此错误是预期的，将在下一步中解决

• 双击Bus Selector模块。在右侧列表框中选择??? signal1和并单击Remove。在左侧列表框中同时选择 x 和 y 信号，然后单击Select。单击确定。??? signal2

• 订阅块将在每个时间步输出该主题最近收到的消息。IsNew输出指示是否已在前一个时间步中接收到消息。对于当前任务，不需要 IsNew输出，因此请执行以下操作：

• 从Library Browser的Simulink > Sinks选项卡中，将Terminator模块拖到模型中

• 将Subscribe模块的IsNew输出连接到Terminator模块的输入

• 其余步骤配置提取X和Y信号的显示

• 从Library Browser的Simulink > Sinks选项卡中，将一个XY Graph模块拖到模型中。将Bus Selector模块的输出端口连接到XY Graph模块的输入端口

• 从Library Browser的Simulink > Sinks选项卡中，将两个Display模块拖到模型中。将Bus Selector模块的每个输出连接到每个Display模块

• 保存您的模型

• 整个模型应如下所示：

• 配置和运行模型，从“建模 ”选项卡中，选择“模型设置”。在Solver窗格中，将Type设置为Fixed-step并将Fixed-step size设置为 0.01

• 将模拟停止时间设置为10.0

• 单击运行开始模拟。将出现一个XY情节

• 第一次在 Simulink 中运行模型时，XY由于加载 ROS 库导致的延迟，绘图可能看起来比上面的更不稳定。重新运行几次模拟后，绘图应该看起来更平滑

• 请注意，模拟在实际或“实时”时间中不起作用。模型中的模块在一个循环中进行评估，该循环仅模拟时间进程，而不是用于跟踪实际时钟时间

• 修改模型以仅对新消息做出反应

• 在上述模型中，订阅模块在每个时间步输出一条消息（总线信号）；如果根本没有收到任何消息，它会输出一个空白消息（即，一个零值的消息）。因此，XY坐标最初绘制在 处(0,0)

• 在此任务中，您将修改模型以使用启用的子系统，以便它仅在收到新消息时绘制位置（有关更多信息，请参阅使用启用的子系统(Simulink)）

• 在模型中，单击并拖动以选择Bus Selector模块和XY Graph模块。右键单击选择并选择Create Subsystem from Selection

• 从Library Browser的Simulink > Ports & Subsystems选项卡中，将Enable模块拖到新创建的子系统中

• 将Subscribe模块的IsNew输出连接到子系统的已启用输入，如下图所示。删除终结者块。请注意，仅当在前一个时间步中接收到新消息时， IsNew输出才为真

• 保存您的模型

• 单击运行开始模拟。你应该看到下面的XY情节

• 启用子系统中的模块仅在订阅模块接收到新的 ROS 2 消息时执行。因此，初始(0,0)值不会显示在XY图中