在ROS 2中，为了保持差速轮机器人的方向不变，通常需要使用PID（Proportional Integral Derivative）控制器来控制机器人的角速度。PID控制器可以帮助调整机器人的角速度，以维持其朝向不变。
下面是一个简单的ROS 2节点示例，使用PID控制器来控制差速轮机器人的角速度，使其保持在一个固定的方向上。这个示例假设你已经有了一个订阅geometry_msgs/msg/Twist类型消息的主题，该主题提供了机器人的线速度和角速度。同时，我们也假设你有一个发布geometry_msgs/msg/Twist类型消息的主题，用于向机器人发送速度命令。
ROS 2 PID 控制器示例
#include <rclcpp/rclcpp.hpp>
#include <geometry_msgs/msg/twist.hpp>
#include <std_msgs/msg/float64.hpp>
#include <sensor_msgs/msg/imu.hpp>
#include <cmath>using namespace std::chrono_literals;class PIDControllerNode : public rclcpp::Node {
public:PIDControllerNode(): Node("pid_controller_node"), target_heading_(0.0), kp_(1.0), ki_(0.1), kd_(0.5),integral_(0.0), previous_error_(0.0), dt_(0.1) {// 创建PID控制器参数this->declare_parameter("kp", 1.0);this->declare_parameter("ki", 0.1);this->declare_parameter("kd", 0.5);this->get_parameter("kp", kp_);this->get_parameter("ki", ki_);this->get_parameter("kd", kd_);// 创建订阅者imu_sub_ = this->create_subscription<sensor_msgs::msg::Imu>("/imu/data", 10, std::bind(&PIDControllerNode::imuCallback, this, _1));// 创建发布者cmd_vel_pub_ = this->create_publisher<geometry_msgs::msg::Twist>("/cmd_vel", 10);// 创建定时器timer_ = this->create_wall_timer(dt_ * 1000, std::bind(&PIDControllerNode::controlLoop, this));}private:void imuCallback(const sensor_msgs::msg::Imu::SharedPtr msg) {// 提取IMU数据中的偏航角double yaw = getYawFromImu(*msg);// 更新目标偏航角target_heading_ = yaw;}double getYawFromImu(const sensor_msgs::msg::Imu & imu_msg) {// 假设IMU数据提供了四元数double q0 = imu_msg.orientation.w;double q1 = imu_msg.orientation.x;double q2 = imu_msg.orientation.y;double q3 = imu_msg.orientation.z;// 从四元数计算偏航角double yaw = atan2(2 * (q0 * q3 + q1 * q2), 1 - 2 * (q2 * q2 + q3 * q3));return yaw;}void controlLoop() {// 获取当前偏航角double current_heading = getYawFromImu(last_imu_);// 计算误差double error = target_heading_ - current_heading;// 计算积分项integral_ += error * dt_;// 计算微分项double derivative = (error - previous_error_) / dt_;// PID输出double output = kp_ * error + ki_ * integral_ + kd_ * derivative;// 更新之前的误差previous_error_ = error;// 发布速度命令geometry_msgs::msg::Twist cmd_vel;cmd_vel.linear.x = 0.0; // 假设线速度为0cmd_vel.angular.z = output; // 发布角速度cmd_vel_pub_->publish(cmd_vel);}double target_heading_; // 目标偏航角double kp_, ki_, kd_; // PID系数double integral_; // 积分项double previous_error_; // 上一次误差double dt_; // 采样时间rclcpp::Subscription<sensor_msgs::msg::Imu>::SharedPtr imu_sub_; // IMU订阅者rclcpp::Publisher<geometry_msgs::msg::Twist>::SharedPtr cmd_vel_pub_; // 速度命令发布者rclcpp::TimerBase::SharedPtr timer_; // 控制循环定时器sensor_msgs::msg::Imu last_imu_; // 最近接收到的IMU数据
};int main(int argc, char * argv[]) {rclcpp::init(argc, argv);auto node = std::make_shared<PIDControllerNode>();rclcpp::spin(node);rclcpp::shutdown();return 0;
}
代码解释
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初始化节点：
- 创建PID控制器节点。
- 设置PID控制器的参数（kp, ki, kd）。
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订阅IMU数据：
- 通过IMU数据获取机器人的当前偏航角。
- 更新目标偏航角。
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控制循环：
- 计算当前偏航角与目标偏航角之间的误差。
- 计算PID输出。
- 发布角速度命令。
编译和运行
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创建一个新的ROS 2工作空间：
mkdir -p ~/ros2_ws/src cd ~/ros2_ws/src git clone https://github.com/your-repo/pid_controller.git -
编译代码：
cd ~/ros2_ws colcon build --packages-select pid_controller source install/setup.bash -
运行节点：
ros2 run pid_controller pid_controller_node
请确保你已经在ROS 2环境中设置了相应的主题，并且有IMU数据发布到 /imu/data 主题。此外，你还需要确保 /cmd_vel 主题被你的机器人系统正确订阅。
