ros2乌龟护航

### ROS2 中实现乌龟护航功能的教程 #### 背景介绍 在 ROS 和 ROS2 的环境中，乌龟模拟器（Turtlesim）是一个非常经典的用于学习机器人控制和消息传递的小型仿真环境。通过 Turtlesim 可以轻松测试各种运动控制策略，比如护航功能。以下是基于 ROS2 实现乌龟护航功能的具体方法。 --- #### 护航功能的核心逻辑 护航功能通常涉及两个主要部分： 1. **目标追踪**：计算跟随者与被跟踪对象之间的相对位置。 2. **路径规划**：根据相对位置调整跟随者的线速度和角速度，使其保持在一个固定的距离范围内并朝向目标移动。 为了简化问题，在此假设两辆虚拟“乌龟车”分别作为领导者和追随者。领导者的轨迹可以由用户手动输入或预定义，而追随者则需要实时调整其姿态来维持特定距离和方向关系。 --- #### 主要步骤说明 ##### 1. 创建自定义节点 创建一个新的 Python 或 C++ 节点程序，订阅 `/turtle1/pose` 主题获取领头乌龟的位置数据，并发布到 `/turtle2/cmd_vel` 控制第二只乌龟的动作行为。 ##### 2. 订阅 Pose 数据 利用 `geometry_msgs/msg/PoseStamped` 类型的消息读取当前两只乌龟的空间坐标系信息 (x, y, theta)，其中 x/y 表示平面直角坐标的分量；theta 是角度偏转值。 ##### 3. 发布 Velocity 命令 依据 PID 控制原理或者简单的比例控制器设计法则设定合适的增益参数 Kp/Kd 来调节误差项 e_d=e_theta=0 下的速度指令 v,w： \[v = k_p * d_{error}\] \[\omega = k_\theta * \theta_{error}.\] 此处 \(k_p\) 和 \(k_\theta\) 分别代表前进速率的比例系数以及旋转速率的比例因子。 --- #### 示例代码展示 下面提供一段完整的 Python 版本 ROS2 脚本来完成上述任务需求: ```python import rclpy from rclpy.node import Node from turtlesim.msg import Pose as TurtlePose from geometry_msgs.msg import Twist import math class FollowerNode(Node): def __init__(self): super().__init__('follower_node') self.leader_pose_subscriber_ = self.create_subscription( TurtlePose, '/turtle1/pose', self.leader_pose_callback_, 10) self.follower_velocity_publisher_ = self.create_publisher(Twist, '/turtle2/cmd_vel', 10) timer_period = 0.1 self.timer_ = self.create_timer(timer_period, self.publish_follower_command_) self.leader_x_, self.leader_y_, self.leader_theta_= None,None,None self.desired_distance_ = 2.0 def leader_pose_callback_(self,msg:TurtlePose)->None: """Callback function to update the position of turtle1.""" self.leader_x_ ,self.leader_y_ ,self.leader_theta_ = msg.x,msg.y,msg.theta def publish_follower_command_(self)->None: if not all([self.leader_x_,self.leader_y_,self.leader_theta_]): return follower_pose_msg = TurtlePose() try : result=self.get_service_client('get_turtle_position','turtlesim/srv/Pose').call(follower_pose_msg ) except Exception as expection_message: print(expection_message ) else : dx = self.leader_x_-result.x dy = self.leader_y_-result.y distance_error = math.sqrt(dx*dx +dy*dy ) -self.desired_distance_ angle_to_leader =math.atan2(dy,dx)-result.theta cmd_vel =Twist () cmd_vel.linear .x=max(min(0.5*distance_error ,0.8 ),-0.8 ) cmd_vel.angular.z=-max(min(-angle_to_leader *4 ,2.0),-2.0 ) self.follower_velocity_publisher_.publish(cmd_vel ) def main(args=None): rclpy.init(args=args) node=FollowerNode() rclpy.spin(node) node.destroy_node() rclpy.shutdown() if __name__=='__main__': main() ``` [^3] 注意该脚本假定存在名为 'get_turtle_position'的服务能够返回任意时刻下指定编号海龟的确切状态报告。如果实际运行过程中发现缺少此类服务，则需自行补充相应模块支持。 --- ### 注意事项 - 上述代码仅为演示目的编写，请根据具体项目情况适当修改完善后再投入使用。 - 需安装好最新版本的 ROS2 环境及其配套组件才能正常编译执行以上源码片段。 - 对于初学者而言建议先熟悉基础概念再逐步深入理解高级特性应用实例。