利用XECU和激光雷达快速搭建入门级的自动驾驶小车

1 简介

如果关注过我们之前的推文和视频演示，相信大家对我们的XECU应该已经很熟悉了。那么今天就向大家介绍一下，如何利用我们的XECU和激光雷达快速搭建自己的入门级自动驾驶小车。

2 组装细节

2.1 装配清单

以下是组装小车所需要的所有零部件：

序号	名称	型号	数量
1	底盘	Traxxas 1/10 Deegan 4驱拉力车 RTR	1
2	电机	好盈酷跑QuicRun G2 3650-10.5T有感无刷电机	1
3	主控板	Jetson NANO开发板含TF(32G或以上)卡	1
4	XECU	XECU控制器，含电机线	1
5	USB-WIFI	EDIMAX EW-7811Un迷你USB无线WIFI模组	1
6	激光雷达	思岚科技RPLIDAR A1M8	1
7	IMU	GY-85九轴自由度IMU模块	1
8	Arduino	Arduino Nano V3.0和USB线	1
9	USB-UART	PL2303串口模块3.3V电平USB转串口线	1
10	电源板	Xpower 5V/4A电源板(可自制)	1
11	显示	0.28寸两线电压表显示器(可选)	1
12	电池1	2S 3500mAh 30C锂电池	1
13	电池2	2S 5000mAh 40C锂电池	1
14	充电器	E350 2000mA/25W快充充电器	1
15	支架	亚克力透明平板支架(可自制)	1
16	电池线	T字电池延长线10cm，公对母	2
17	铜柱1	φ3-长5cm x 4pcs，长3.5cm x 2pcs	若干
18	铜柱2	φ2.5-长3.5cm x 4pcs，长1.5cm x 4pcs	若干
19	螺丝	φ3-8pcs，φ2.5-16pcs	若干
20	扎带	魔术扎带宽2cm，长10cm	若干
21	线材	杜邦线	若干

2.2 底盘组件

2.2.1 三相有感无刷电机

2.2.2 舵机与USB转串口接线

2.2.3 XECU接线

2.3 Jetson Nano外设

2.3.1 激光雷达接线

2.3.2 IMU接线

2.3.3 XPOWER接线

2.3.4 亚克力支架

• 底盘安装孔铜柱螺丝规格
  • 铜柱单头φ3-5cm x 4pcs，螺丝φ3 x 4pcs
• 电源板安装铜柱螺丝规格
  • 铜柱双通φ3-3.5cm x 4pcs，螺丝φ3 x 4pcs
• Jetson Nano安装铜柱螺丝规格
  • 铜柱双通φ2.5-3.5cm x 8pcs，螺丝φ2.5 x 8pcs
• 激光雷达安装铜柱螺丝规格
  • 铜柱单头φ2.5-1.5cm x 4pcs，螺丝φ2.5 x 4pcs

2.4 整车安装步骤

2.4.1 拆除原装配件

首先把框中的零件拆下来，电机的位置更换为QuicRun G2 3650-10.5T有感电机。黄圈位置的螺丝孔可以作为XECU控制器的安装孔。

2.4.2 安装好电池1、电机和XECU

2.4.3 安装支架固定铜柱

2.4.4 安装电池2和IMU

安装好电池和IMU，电源板和Jetson Nano的铜柱如下。

2.4.5 安装开发板及其他组件

安装好电源板、Jetson Nano、激光雷达和WIFI等，并连好所有的线如下。

2.4.6 组装整车

最后把支架固定在底盘上，这样整个硬件部分的安装就完成了，下面便是整个小车的展示。

3 系统框架

3.1 系统框图

3.2 软件框图

4 软件环境配置

4.1 JETSON端软件配置

4.1.1 刷机

安装JetPack，刷机步骤请参考Nvidia官网，也可以使用SD卡默认的自带系统，Nano用的系统是ubuntu16.04，无需额外刷机。

4.1.2 更新源

参考源链接，http://mirrors.ustc.edu.cn/help/ubuntu-ports.html

4.1.3 桌面

基本都是安装ubuntu桌面版,，所以无需单独安装桌面。

4.1.4 文本编辑器

Ubuntu系统默认自带gedit文本编辑器。

4.1.5 安装SSH

为方便远程调试，需安装SSH服务。安装ssh服务后，其他机器可通过SSH登录远程调试，安装命令如下：

sudo apt-get install openssh-server

4.1.6 其他参考设置

• 更改密码可通过执行如下命令来更改，根据提示输入两次新密码即可：

#user对应的是用户名

• Ubuntu系统已经有多种shell，不建议再安装zsh，如果需要，可通过以下指令完成安装:

sudo apt-get install zsh

4.1.7 安装python

Ubuntu系统默认自带python2，无需再次安装。

4.1.8 安装ROS

Ros参考ROS官网，http://wiki.ros.org/cn/kinetic/Installation，demo板用的ros版本是kinetic，在线安装ROS Kinetic步骤参考如下：

'echo "deb http://packages.ros.org/ros/ubuntu $(lsb_release -sc) main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list' 

4.1.9 ROS设置远程连接

设置ros master可以实现ros 多机通讯，在master端做如下配置:

export ROS_MASTER_URI=http://master_local:11311

4.2 JETSON端外设配置

4.2.1 安装USB转UART驱动

系统自带USB转UART驱动，无需额外安装。

4.2.2 安装USB WIFI驱动及测试

Demo板使用的WIFI免安装驱动，可以直接使用，链接如下：

https://www.edimax.com/edimax/merchandise/merchandise_detail/data/edimax/in/wireless_adapters_n150/ew-7811un/

4.2.3 安装Arduino驱动及测试

• 安装Arduino IDE，安装完成后，可在终端输入命令arduino启动IDE;

sudo apt-get install arduino

• 安装IDE支持包

cd ~/catkin_ws/src   

文件说明:catkin_ws为ROS的工作空间，编译安装后，生成的rosserial位于/home/catkin_ws/src下生成rosserial_msgs用于通讯，生成的ros_lib库位于/home/catkin_ws/src/rosserial/rosserial_arduino/src目录下;

• 安装ros_lib到Arduino IDE开发环境

cd 

• 选择Arduino类型
• 端口配置
• 编译并上传代码到Arduino
• 启动硬件节点

roscorerosrun rosserial_python serial_node.py  /dev/ttyUSBxrostopic echo chatter    #基于ros_lib的HelloWorld测试代码

启动这个Arduino 硬件节点(当成串口设备处理/serial_node)，串口上的消息被roscore接收并路由。ROS-kinetic上运行的其他节点就可以通过订阅/serial_node节点上的数据，这样就打通了ROS和开源硬件arduino通信。

4.2.4 安装RPLidar驱动及测试

• 安装驱动 下载RPLidar的ros驱动，https://github.com/Slamtec/rplidar_ros.git，并回到~/catkin_ws，执行catkin_make编译安装。
• 增加设备权限 连接PRLidar到usb接口，在/dev/下会有ttyUSB的设备文件，执行如下命令：

#增加设备权限

• 启动RPLidar

source ~/catkin_ws/devel/setup.bash

• 测试 成功启动后，可以查看到/scan的topic，可以执行

echo /scan 

4.2.5 安装XECU驱动及测试

• Xecu driver下载及编译 Xecu driver源码链接，https://coding.net/u/open4wd/p/xecu-v2/git，假设ros编译目录为~/catkin_ws;

#创建目录

• 测试运行 在驱动程序xecu_driver\launch的目录中有对应的launch启动文件，所以可以执行如下文件启动xecu driver。

roslaunch xecu_driver xecu_driver_node.launch

或者

roslaunch xecu_driver xecu_driver_nodelet.launch

执行rostopic list，查看topic是否包含commands/motor/position(转向信息)和commands/motor/speed(速度接口)，如需查看topic信息，可以使用rostopic echo xxx (xxx代表topic名称)，例如查看激光的数据，可以执行rostopic echo /scan。

• udev配置99-xeuc.rules和99-tty-serial.rules在驱动文件的XXX目录。

• 测试 启动xecu后，可以通过本程序test目录中有相应的测试程序，如控制小车的转向，加速，减速，以及键盘控制程序。

autospeed.py对应小车循环加减速测试

autoturn.py对应小车循环左右转向测试

teleop_key.py是键盘控制测试

4.3 PC端环境配置

4.3.1 安装ros及配置

参考1.8 与1.9安装和配置Ros。

4.3.2 安装Rviz及配置

如果安装的是ros-kinetic-desktop-full版本，就已经包含了建图工具gmapping和调试工具rviz，无需再次安装，如果默认没有安装，请按如下命令安装：

sudo apt-get install ros-kinetic-gmappingsudo apt-get install ros-kinetic-rviz

4.3.3 建图

ros可以通过gmapping或cartographer或建图，本例以gmapping为例做以说明。

• 启动gmapping

rosrun gmapping slam_gmapping

• 建图 使用键盘方向按键，控制小车在需要建图的区域移动建图。

• 保存地图

#mymap为新建地图的名字，然后会生成2个地图文件mymap.pgm和mymap.yaml;

• 编辑地图 如果采集的地图数据噪点较多，需要手动编辑地图，否则不需要编辑地图，参考编辑工具安装:

sudo apt-get install gimp -y

5 运行整车demo

到这里，整个小车的安装和软件配置就都完成了。大家先建好地图，在launch中更新地图信息，然后可以使用rviz发送一个目标点，就可以愉快的测试自主导航功能了。