Simulink模型在Arduino上部署ROS节点的实现与挑战

本演示展示了如何在Simulink环境下将ROS（Robot Operating System）节点部署到Arduino平台上，并同时利用Simulink的外部模式进行开发。以下内容将详细介绍相关的知识点： 1. Simulink与Arduino的集成基础 Simulink是MathWorks公司推出的一款基于模型的设计工具，它提供了一个交互式的图形环境和一个定制的库集合，用于模拟多域动态系统和嵌入式系统的开发。Simulink可以将设计模型化为可执行的实时代码，并部署到各种硬件设备上，包括Arduino。 Arduino是一款流行的开源电子原型平台，基于简单的硬件平台和开发环境，被广泛应用于快速原型开发、交互设计、教育和机器人技术等。Arduino可以连接各种传感器和执行器，通过编程可以控制这些外围设备。 将两者结合，可以利用Simulink强大的建模和仿真能力，以及Arduino的物理控制能力。通过这种方式，开发者可以在Simulink中设计控制逻辑和算法，并将它们无缝地部署到Arduino上进行实际操作。 2. ROS节点在Arduino上的部署 ROS（Robot Operating System）是一个用于机器人应用开发的灵活框架，它提供了工具、库和约定，以帮助软件开发人员创建复杂且可靠的机器人行为。通过将Arduino集成为ROS的一部分，可以使Arduino节点与其他运行ROS的机器人系统或计算机进行通信。 在本演示中，使用了rosserial_arduino库，这是一个允许Arduino与ROS通过串行通信进行通信的库。通过这种方式，Arduino可以订阅ROS话题、发布消息，并与其他ROS节点进行交互。 3. 解决外部模式问题 在将Arduino用作ROS节点时，一个挑战是如何解决Matlab的外部模式问题。外部模式允许Simulink模型与正在运行的硬件目标进行交互，实时更改参数和查看数据，但这种方式对USB通信有特定要求。在本案例中，由于USB的限制，最初使用外部模式时可能会出现ROS无法发布或订阅消息的情况。 为了解决这个问题，建议使用#define USE_STM32_HW_SERIAL来让ROS使用Arduino MEGA的串行端口1，绕开USB的限制。在此过程中，还需要使用额外的串行端口电缆（例如DELOCK 83116）以提供第二个连接。 4. 内存和硬件要求 当前解决方案仅适用于Arduino MEGA 2560，原因是其具有较大的内存空间和多个串行端口，满足了程序运行和通信的需求。 5. 编译与测试 在将软件部署到Arduino之前，需要编译sfun_ros_interface.cpp文件生成sfun_ros_interface.mexw64文件。这可以通过在Matlab命令窗口中运行“mex sfun_ros_interface.cpp”命令完成。 假设你已经在WSL（Windows Subsystem for Linux）或Linux中安装了ROS，可以根据需要进行相应的测试。 6. 标签与文件说明 本资源的标签是"matlab"，它指明了该演示主要涉及的开发环境和工具。压缩包文件名为"MATLAB_ROS_ARDUINO_DEMO.zip"，包含了所有必要的文件，以便用户进行安装和测试。 通过以上信息，可以看出，本演示不仅提供了Simulink和ROS在Arduino上的集成方法，还解决了实践中常见的硬件限制和通信问题，并提供了相应的操作指南和资源文件。这对于希望在嵌入式设备上实现复杂算法和系统集成的开发者来说是一个宝贵的参考。