ROS探索总结（八）——键盘控制

        如果尝试过前面的例子，有没有感觉每次让机器人移动还要在终端里输入指令，这也太麻烦了，有没有办法通过键盘来控制机器人的移动呢？答案室当然的了。我研究了其他几个机器人键盘控制的代码，还是有所收获的，最后移植到了smartcar上，实验成功。

一、创建控制包

        首先，我们为键盘控制单独建立一个包：

roscreate-pkg smartcar_teleop rospy geometry_msgs std_msgs roscpprosmake

        如果你已经忘记了怎么建立包，请参考：http://www.ros.org/wiki/ROS/Tutorials/CreatingPackage

二、简单的消息发布

        在机器人仿真中，主要控制机器人移动的就是        在机器人仿真中，主要控制机器人移动的就是Twist()结构，如果我们编程将这个结构通过程序发布成topic，自然就可以控制机器人了。我们先用简单的python来尝试一下。

        之前的模拟中，我们使用的都是在命令行下进行的消息发布，现在我们需要把这些命令转换成python代码，封装到一个单独的节点中去。针对之前的命令行，我们可以很简单的在smartcar_teleop /scripts文件夹下编写如下的控制代码：

#!/usr/bin/env pythonimport roslib; roslib.load_manifest('smartcar_teleop')import rospyfrom geometry_msgs.msg import Twistfrom std_msgs.msg import Stringclass Teleop:    def __init__(self):        pub = rospy.Publisher('cmd_vel', Twist)        rospy.init_node('smartcar_teleop')        rate = rospy.Rate(rospy.get_param('~hz', 1))        self.cmd = None        cmd = Twist()        cmd.linear.x = 0.2        cmd.linear.y = 0        cmd.linear.z = 0        cmd.angular.z = 0        cmd.angular.z = 0        cmd.angular.z = 0.5        self.cmd = cmd        while not rospy.is_shutdown():            str = "hello world %s" % rospy.get_time()            rospy.loginfo(str)            pub.publish(self.cmd)            rate.sleep()if __name__ == '__main__':Teleop()

       python代码在ROS重视不需要编译的。先运行之前教程中用到的smartcar机器人，在rviz中进行显示，然后新建终端，输入如下命令：

rosrun smartcar_teleop teleop.py

        也可以建立一个launch文件运行：

<launch>  <arg name="cmd_topic" default="cmd_vel" />  <node pkg="smartcar_teleop" type="teleop.py" name="smartcar_teleop">    <remap from="cmd_vel" to="$(arg cmd_topic)" />  </node></launch>

        在rviz中看一下机器人是不是动起来了！

三、加入键盘控制

        当然前边的程序不是我们要的，我们需要的键盘控制。

1、移植

        因为ROS的代码具有很强的可移植性，所以用键盘控制的代码其实可以直接从其他机器人包中移植过来，在这里我主要参考的是erratic_robot，在这个机器人的代码中有一个erratic_teleop包，可以直接移植过来使用。
        首先，我们将其中src文件夹下的keyboard.cpp代码文件直接拷贝到我们smartcar_teleop包的src文件夹下，然后修改CMakeLists.txt文件，将下列代码加入文件底部：

rosbuild_add_boost_directories()rosbuild_add_executable(smartcar_keyboard_teleop src/keyboard.cpp)target_link_libraries(smartcar_keyboard_teleop boost_thread)

        编译完成后，运行smartcar模型。重新打开一个终端，打开键盘控制节点：

        

        在终端中按下键盘里的“W”、“S”、“D”、“A”以及“Shift”键进行机器人的控制。效果如下图：

2、复用 

       因为代码是我们直接复制过来的，其中有很多与之前erratic机器人相关的变量，我们把代码稍作修改，变成自己机器人可读性较强的代码。

#include <termios.h>#include <signal.h>#include <math.h>#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <sys/poll.h>#include <boost/thread/thread.hpp>#include <ros/ros.h>#include <geometry_msgs/Twist.h>#define KEYCODE_W 0x77#define KEYCODE_A 0x61#define KEYCODE_S 0x73#define KEYCODE_D 0x64#define KEYCODE_A_CAP 0x41#define KEYCODE_D_CAP 0x44#define KEYCODE_S_CAP 0x53#define KEYCODE_W_CAP 0x57class SmartCarKeyboardTeleopNode{    private:        double walk_vel_;        double run_vel_;        double yaw_rate_;        double yaw_rate_run_;                geometry_msgs::Twist cmdvel_;        ros::NodeHandle n_;        ros::Publisher pub_;    public:        SmartCarKeyboardTeleopNode()        {            pub_ = n_.advertise<geometry_msgs::Twist>("cmd_vel", 1);                        ros::NodeHandle n_private("~");            n_private.param("walk_vel", walk_vel_, 0.5);            n_private.param("run_vel", run_vel_, 1.0);            n_private.param("yaw_rate", yaw_rate_, 1.0);            n_private.param("yaw_rate_run", yaw_rate_run_, 1.5);        }                ~SmartCarKeyboardTeleopNode() { }        void keyboardLoop();                void stopRobot()        {            cmdvel_.linear.x = 0.0;            cmdvel_.angular.z = 0.0;            pub_.publish(cmdvel_);        }};SmartCarKeyboardTeleopNode* tbk;int kfd = 0;struct termios cooked, raw;bool done;int main(int argc, char** argv){    ros::init(argc,argv,"tbk", ros::init_options::AnonymousName | ros::init_options::NoSigintHandler);    SmartCarKeyboardTeleopNode tbk;        boost::thread t = boost::thread(boost::bind(&SmartCarKeyboardTeleopNode::keyboardLoop, &tbk));        ros::spin();        t.interrupt();    t.join();    tbk.stopRobot();    tcsetattr(kfd, TCSANOW, &cooked);        return(0);}void SmartCarKeyboardTeleopNode::keyboardLoop(){    char c;    double max_tv = walk_vel_;    double max_rv = yaw_rate_;    bool dirty = false;    int speed = 0;    int turn = 0;        // get the console in raw mode    tcgetattr(kfd, &cooked);    memcpy(&raw, &cooked, sizeof(struct termios));    raw.c_lflag &=~ (ICANON | ECHO);    raw.c_cc[VEOL] = 1;    raw.c_cc[VEOF] = 2;    tcsetattr(kfd, TCSANOW, &raw);        puts("Reading from keyboard");    puts("Use WASD keys to control the robot");    puts("Press Shift to move faster");        struct pollfd ufd;    ufd.fd = kfd;    ufd.events = POLLIN;        for(;;)    {        boost::this_thread::interruption_point();                // get the next event from the keyboard        int num;                if ((num = poll(&ufd, 1, 250)) < 0)        {            perror("poll():");            return;        }        else if(num > 0)        {            if(read(kfd, &c, 1) < 0)            {                perror("read():");                return;            }        }        else        {            if (dirty == true)            {                stopRobot();                dirty = false;            }                        continue;        }                switch(c)        {            case KEYCODE_W:                max_tv = walk_vel_;                speed = 1;                turn = 0;                dirty = true;                break;            case KEYCODE_S:                max_tv = walk_vel_;                speed = -1;                turn = 0;                dirty = true;                break;            case KEYCODE_A:                max_rv = yaw_rate_;                speed = 0;                turn = 1;                dirty = true;                break;            case KEYCODE_D:                max_rv = yaw_rate_;                speed = 0;                turn = -1;                dirty = true;                break;                            case KEYCODE_W_CAP:                max_tv = run_vel_;                speed = 1;                turn = 0;                dirty = true;                break;            case KEYCODE_S_CAP:                max_tv = run_vel_;                speed = -1;                turn = 0;                dirty = true;                break;            case KEYCODE_A_CAP:                max_rv = yaw_rate_run_;                speed = 0;                turn = 1;                dirty = true;                break;            case KEYCODE_D_CAP:                max_rv = yaw_rate_run_;                speed = 0;                turn = -1;                dirty = true;                break;                          default:                max_tv = walk_vel_;                max_rv = yaw_rate_;                speed = 0;                turn = 0;                dirty = false;        }        cmdvel_.linear.x = speed * max_tv;        cmdvel_.angular.z = turn * max_rv;        pub_.publish(cmdvel_);    }}

参考链接：http://ros.org/wiki/turtlebot_teleop/Tutorials/Teleoperation
                  http://www.ros.org/wiki/simulator_gazebo/Tutorials/TeleopErraticSimulation

3、创新

        虽然很多机器人的键盘控制使用的都是C++编写的代码，但是考虑到python的强大，我们还是需要尝试使用python来编写程序。
        首先需要理解上面C++程序的流程。在上面的程序中，我们单独创建了一个线程来读取中断中的输入，然后根据输入发布不同的速度和角度消息。介于线程的概念还比较薄弱，在python中使用循环替代线程。然后需要考虑的只是如何使用python来处理中断中的输入字符，通过上网查找资料，发现使用的API和C++的基本是一致的。最终的程序如下：

#!/usr/bin/env python# -*- coding: utf-8 -*import  osimport  sysimport  tty, termiosimport roslib; roslib.load_manifest('smartcar_teleop')import rospyfrom geometry_msgs.msg import Twistfrom std_msgs.msg import String# 全局变量cmd = Twist()pub = rospy.Publisher('cmd_vel', Twist)def keyboardLoop():    #初始化    rospy.init_node('smartcar_teleop')    rate = rospy.Rate(rospy.get_param('~hz', 1))    #速度变量    walk_vel_ = rospy.get_param('walk_vel', 0.5)    run_vel_ = rospy.get_param('run_vel', 1.0)    yaw_rate_ = rospy.get_param('yaw_rate', 1.0)    yaw_rate_run_ = rospy.get_param('yaw_rate_run', 1.5)    max_tv = walk_vel_    max_rv = yaw_rate_    #显示提示信息    print "Reading from keyboard"    print "Use WASD keys to control the robot"    print "Press Caps to move faster"    print "Press q to quit"    #读取按键循环    while not rospy.is_shutdown():        fd = sys.stdin.fileno()        old_settings = termios.tcgetattr(fd)#不产生回显效果        old_settings[3] = old_settings[3] & ~termios.ICANON & ~termios.ECHO        try :            tty.setraw( fd )            ch = sys.stdin.read( 1 )        finally :            termios.tcsetattr(fd, termios.TCSADRAIN, old_settings)        if ch == 'w':            max_tv = walk_vel_            speed = 1            turn = 0        elif ch == 's':            max_tv = walk_vel_            speed = -1            turn = 0        elif ch == 'a':            max_rv = yaw_rate_            speed = 0            turn = 1        elif ch == 'd':            max_rv = yaw_rate_            speed = 0            turn = -1        elif ch == 'W':            max_tv = run_vel_            speed = 1            turn = 0        elif ch == 'S':            max_tv = run_vel_            speed = -1            turn = 0        elif ch == 'A':            max_rv = yaw_rate_run_            speed = 0            turn = 1        elif ch == 'D':            max_rv = yaw_rate_run_            speed = 0            turn = -1        elif ch == 'q':            exit()        else:            max_tv = walk_vel_            max_rv = yaw_rate_            speed = 0            turn = 0        #发送消息        cmd.linear.x = speed * max_tv;        cmd.angular.z = turn * max_rv;        pub.publish(cmd)        rate.sleep()#停止机器人        stop_robot();def stop_robot():    cmd.linear.x = 0.0    cmd.angular.z = 0.0    pub.publish(cmd)if __name__ == '__main__':    try:        keyboardLoop()    except rospy.ROSInterruptException:        pass

参考链接：http://blog.csdn.net/marising/article/details/3173848
                  http://nullege.com/codes/search/termios.ICANON

四、节点关系图

        代码包我已上传：http://download.csdn.net/detail/hcx25909/5496381

        希望大家一同学习，共同进步！

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