🤖 md25driver_controller

🐢 ROS2 | 🔧 MD25 | 📏 Odometry | 💻 C++

O pacote md25driver_controller é um controlador ROS 2 projetado para integrar o Motor Driver MD25 com o framework ROS. Ele fornece funcionalidades para controle de motores, monitoramento de hardware e cálculo de odometria, permitindo que o robô seja controlado de forma precisa e eficiente.

Este pacote inclui três nós principais:

motor_controller_node: Controla os motores usando um controlador PID.
odometry_node: Calcula a odometria do robô com base nos dados dos encoders.
md25_base_controller_node: Gerencia a comunicação direta com o hardware MD25.

Principais Funcionalidades

1. Controle de Motores com PID

O nó motor_controller_node implementa um controlador PID (Proporcional-Integral-Derivativo) para ajustar a velocidade dos motores com base em entradas de referência. O PID é configurável e pode ser ajustado para diferentes cenários de operação.

Parâmetros Configuráveis do PID

Os parâmetros do controlador PID podem ser ajustados no arquivo de configuração (config/hardware.yaml). Aqui estão os principais parâmetros:

kp: Ganho proporcional.
ki: Ganho integral.
kd: Ganho derivativo.
max_output: Valor máximo de saída do controlador.
min_output: Valor mínimo de saída do controlador.

Esses parâmetros permitem ajustar o comportamento do controlador para diferentes cargas e condições de operação.

Mapeamento de Tensão

O nó também mapeia os valores de tensão mínima e máxima suportados pelo hardware MD25. Isso garante que os sinais enviados aos motores estejam dentro da faixa segura de operação.

2. Configuração de Hardware

O nó motor_controller_node permite configurar parâmetros relacionados ao hardware do robô. Esses parâmetros são essenciais para garantir que o controle de motores e a odometria sejam calculados corretamente.

Parâmetros Configuráveis

wheel_diameter: Diâmetro das rodas do robô (em metros).
encoder_cpr: Contagem de pulsos por revolução (CPR) dos encoders.
gear_ratio: Razão de redução entre o motor e as rodas.

Esses parâmetros devem ser ajustados no arquivo de configuração (config/hardware.yaml) para corresponder às especificações do seu robô.

3. Cálculo de Odometria

O nó odometry_node calcula a odometria do robô com base nos dados dos encoders. Ele publica mensagens no tópico /odom no formato padrão ROS 2 (nav_msgs/Odometry).

Saída de Odometria

A odometria inclui:

Posição (x, y) e orientação (theta) do robô no espaço.
Velocidades linear e angular.

Essas informações podem ser usadas para navegação autônoma ou visualização em ferramentas como RViz.

Instalação e Uso

1. Pré-requisitos

Certifique-se de que o ROS 2 Humble ou superior esteja instalado no seu sistema. Você também precisará do hardware MD25 conectado ao seu robô ou computador via I2C.

2. Clonar o Repositório

Clone o repositório para o seu workspace ROS 2:

cd ~/ros2_ws/src
git clone https://github.com/AllJordanSS/md25driver_controller.git

3. Compilar o Pacote

Compile o pacote usando colcon:

cd ~/ros2_ws
colcon build --packages-select md25driver_controller
source install/setup.bash

4. Executar os Nós

Você pode iniciar os nós individualmente ou usar o arquivo de lançamento fornecido.

Execução Individual

ros2 run md25driver_controller motor_controller_node
ros2 run md25driver_controller odometry_node
ros2 run md25driver_controller md25_base_controller_node

Usando o Arquivo de Lançamento

ros2 launch md25driver_controller motor_controler.launch.py

5. Interação com o Pacote

O pacote md25driver_controller fornece uma interface ROS 2 padrão para interagir com o hardware MD25 e controlar seu robô. Abaixo estão descritos os principais tópicos e como configurar o controlador PID para sua base robótica.

Publicar Comandos de Velocidade (`/cmd_vel`)

Para controlar a velocidade do robô, publique mensagens no tópico /cmd_vel. Esse tópico aceita mensagens do tipo geometry_msgs/Twist, que contêm informações de velocidade linear e angular.

Exemplo de comando para enviar um comando de movimento:

ros2 topic pub /cmd_vel geometry_msgs/msg/Twist "linear:
  x: 0.5
  y: 0.0
  z: 0.0
angular:
  x: 0.0
  y: 0.0
  z: 0.2"

linear.x: Velocidade linear na direção frontal (em m/s).
angular.z: Velocidade angular em torno do eixo vertical (em rad/s).

Ler Odometria (`/wheels_odom`)

A odometria calculada pelo nó odometry_node é publicada no tópico /wheels_odom. Esse tópico fornece mensagens no formato nav_msgs/Odometry, que incluem a posição (x, y, theta) e as velocidades linear e angular do robô.

Para visualizar a odometria em tempo real, use o seguinte comando:

ros2 topic echo /wheels_odom

Essas informações podem ser usadas para navegação autônoma ou visualização em ferramentas como RViz.

Ler Dados dos Encoders (`/md25_encoders`)

Os dados dos encoders são publicados no tópico /md25_encoders. Esse tópico fornece mensagens personalizadas do tipo md25_controller/msg/Md25Encoders, que incluem informações como:

Posição dos encoders (encoder_l, encoder_r).
Velocidade dos motores (left_vel_rpm, right_vel_rpm).
Variação de pulsos (left_delta_pulses, right_delta_pulses).

Para visualizar os dados dos encoders em tempo real, use o seguinte comando:

ros2 topic echo /md25_encoders

Aqui está a seção de Configuração atualizada e organizada para cópia direta. Incluí detalhes sobre como configurar cada nó com base no arquivo params.yaml fornecido:

6. Configuração

6.1 Arquivo de Configuração

O pacote md25driver_controller utiliza arquivos YAML (config/param.yaml) para configurar os parâmetros dos nós. Abaixo estão os principais parâmetros e suas descrições.

**6.2 Configuração do Nó `motor_controller_node`

Este nó é responsável pelo controle de motores usando um controlador PID. Ele também mapeia os tópicos relacionados aos encoders e comandos de velocidade.

Parâmetros Configuráveis

motor_controller:
  ros__parameters:
    traction_control:
      control_rate: 50                     # Frequência de controle (Hz)
      pid_params_left:                     # Parâmetros PID para o motor esquerdo
        P: 1.0                             # Ganho proporcional
        I: 0.05                            # Ganho integral
        D: 0.0                             # Ganho derivativo
        lBounds: -12.0                     # Limite inferior de saída (tensão mínima)
        hBounds: 12.0                      # Limite superior de saída (tensão máxima)
        windupGuard: 0.15                  # Proteção contra windup (acumulação excessiva do termo integral)
      pid_params_right:                    # Parâmetros PID para o motor direito
        P: 1.0                             # Ganho proporcional
        I: 0.05                            # Ganho integral
        D: 0.0                             # Ganho derivativo
        lBounds: -12.0                     # Limite inferior de saída (tensão mínima)
        hBounds: 12.0                      # Limite superior de saída (tensão máxima)
        windupGuard: 0.15                  # Proteção contra windup
    traction_general:
      encoders_topic: "/md25_encoders"     # Tópico para ler os dados dos encoders
      cmd_vel_topic: "/cmd_vel"            # Tópico para receber comandos de velocidade
      md25_cmd_topic: "/md25_voltage_commands" # Tópico para enviar comandos de tensão ao MD25
      wheel_radius: 0.0325                 # Raio das rodas (em metros)
      wheels_separation: 0.18              # Distância entre as rodas (em metros)

Dicas para Ajuste do PID

Ganho Proporcional (P): Controla a resposta imediata ao erro. Um valor muito alto pode causar oscilações, enquanto um valor muito baixo pode resultar em uma resposta lenta.
Ganho Integral (I): Corrige erros acumulados ao longo do tempo. Use com cuidado para evitar instabilidade.
Ganho Derivativo (D): Suaviza a resposta e reduz oscilações. Geralmente é usado em sistemas com alta inércia.

Certifique-se de testar diferentes valores para encontrar a configuração ideal para sua base robótica.

**6.3 Configuração do Nó `odometry_node`

Este nó calcula a odometria do robô com base nos dados dos encoders.

Parâmetros Configuráveis

wheels_odometry:
  ros__parameters:
    traction_general:
      rate: 10                            # Frequência de publicação da odometria (Hz)
      encoders_topic: "/md25_encoders"    # Tópico para ler os dados dos encoders
      odom_camera_topic: "/camera/odom/sample" # Tópico opcional para fusão de odometria visual
      odom_topic: "/wheels_odom"          # Tópico para publicar a odometria calculada
      wheel_radius: 0.0325                # Raio das rodas (em metros)
      wheels_separation: 0.18             # Distância entre as rodas (em metros)
      linearGain: 10.0                    # Ganho para cálculo de velocidade linear
      angularGain: 40.0                   # Ganho para cálculo de velocidade angular

Dicas para Configuração

Certifique-se de que os valores de wheel_radius e wheels_separation correspondam às dimensões físicas do seu robô.
O ajuste dos ganhos linearGain e angularGain pode ser necessário para melhorar a precisão da odometria.

**6.4 Configuração do Nó `md25_base_controller_node`

Este nó gerencia a comunicação direta com o hardware MD25.

Parâmetros Configuráveis

md25_base_controller:
  ros__parameters:
    md25:
      i2c_bus: "/dev/i2c-3"               # Barramento I2C utilizado
      i2c_address: 0x58                   # Endereço I2C do MD25
      regulator: true                     # Habilita/desabilita o regulador de tensão
      timeout: true                       # Habilita/desabilita o temporizador de segurança
      acquisition_rate: 50                # Frequência de leitura dos dados do MD25 (Hz)
      publish_topics:
        encoders: "md25_encoders"         # Tópico para publicar os dados dos encoders
        data: "md25_data"                 # Tópico para publicar os dados gerais do MD25
      subscribe_topics:
        commands: "md25_voltage_commands" # Tópico para receber comandos de tensão
        reset_encoders: "md25/reset"      # Tópico para resetar os encoders
    encoders:
      cpr: 48.0                           # Contagem de pulsos por revolução (CPR) dos encoders
      motorRatio: 46.85                   # Razão de redução entre o motor e as rodas

Dicas para Configuração

Verifique se o barramento I2C (i2c_bus) e o endereço (i2c_address) estão corretos para o seu hardware.
Ajuste o valor de cpr e motorRatio para corresponder às especificações dos encoders e do sistema de transmissão.

7. Resumo dos Parâmetros

Parâmetro	Descrição	Exemplo
`control_rate`	Frequência de controle do PID (Hz)	`50`
`P`, `I`, `D`	Ganhos do controlador PID	`5.0, 10.0, 0.0`
`wheel_radius`	Raio das rodas (m)	`0.0325`
`wheels_separation`	Distância entre as rodas (m)	`0.18`
`encoders_topic`	Tópico para ler os dados dos encoders	`/md25_encoders`
`cmd_vel_topic`	Tópico para receber comandos de velocidade	`/cmd_vel`
`odom_topic`	Tópico para publicar a odometria	`/wheels_odom`
`i2c_bus`	Barramento I2C utilizado	`/dev/i2c-3`
`i2c_address`	Endereço I2C do MD25	`0x58`
`cpr`	Contagem de pulsos por revolução dos encoders	`48.0`
`motorRatio`	Razão de redução entre motor e rodas	`46.85`

Certifique-se de ajustar os parâmetros conforme as especificações do seu robô e hardware MD25.

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Parâmetros Configuráveis do PID

Mapeamento de Tensão

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Publicar Comandos de Velocidade (/cmd_vel)

Ler Odometria (/wheels_odom)

Ler Dados dos Encoders (/md25_encoders)

6. Configuração

6.1 Arquivo de Configuração

**6.2 Configuração do Nó motor_controller_node

Parâmetros Configuráveis

Dicas para Ajuste do PID

**6.3 Configuração do Nó odometry_node

Parâmetros Configuráveis

Dicas para Configuração

**6.4 Configuração do Nó md25_base_controller_node

Parâmetros Configuráveis

Dicas para Configuração

7. Resumo dos Parâmetros

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