[carla入门教程]-5 使用ROS与carla通信-慈云数据

本专栏教程将记录从安装carla到调用carla的pythonAPI进行车辆操控并采集数据的全流程,带领大家从安装carla开始,到最终能够熟练使用carla仿真环境进行传感器数据采集和车辆控制.

第五节使用ros与carla通信

本小节的主要内容是介绍carla中的如何使用ros进行通信.

章节内容介绍：
第1,2小节介绍了ROS和carla_ros_bridge的安装.
第3小节介绍了如何设置carla_ros_bridge运行参数,并打开一个可以手动驾驶的ros节点.还介绍了能够提供给ros接口的传感器信息.
第4小节介绍了如何通过ros发送控制指令让车动起来.并且介绍了如何使用rviz查看车辆的部分传感器信息.

文章目录
- 第五节使用ros与carla通信
- - 1.安装ROS
  - 2.安装carla_ros_bridge
  - - 2.1 创建虚拟环境
    - 2.2 通过apt安装carla-ros-bridge
    - 2.3 配置环境变量并运行
    - 3.运行carla_ros_bridge
    - - 3.1 roslaunch参数设置
      - 3.2 运行一个手动驾驶ros节点
      - 3.3 carla_ros_bridge能够提供的传感器信息
      - 4.通过ros与carla交互
      - 4.1 通过发布ros消息让车动起来
        4.2 通过rviz查看传感器数据
        5 挑战性的任务
        参考链接
        异常处理
        问题1.打开手动驾驶脚本后画面很黑
        1.安装ROS
        
        安装ros可以使用鱼香ROS的网站上的一键安装进行安装.carla_ros_bridge支持ROS1和ROS2,本文使用ROS1.
        
        小鱼的一键安装系列-
        
        carla_ros_bridge的ROS版本支持:
        ROS Melodic — For Ubuntu 18.04 (Bionic)
        ROS Noetic — For Ubuntu 20.04 (Focal)
        carla版本支持:
        CARLA 0.9.7 or later
        本教程使用carla0.9.12,ROS Melodic
        
        2.安装carla_ros_bridge
        
        安装方式有两种:第一种apt安装,第二种是源码安装.
        
        源码安装可能会遇到很多依赖库的问题,而apt安装比较方便,并且适用于ubuntu1804系统,所以这里推荐选择apt安装.
        
        2.1 创建虚拟环境
        
        ros-bridge 需要安装到 python2.7 的环境中。
        
        conda create -n py27 python=2.7
        
        激活虚拟环境:
        
        conda activate py27
        
        换源,并安装依赖:
        
        pip config set global.index-url https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple pip install opencv-python==4.2.0.32 pip install networkx pip install rospkg pip install rospy pip install simple_pid pip install transforms3d pip install networkx pip install enum pip install pygame
        
        2.2 通过apt安装carla-ros-bridge
        
        添加镜像源:
        
        sudo apt-key adv --keyserver keyserver.ubuntu.com --recv-keys 1AF1527DE64CB8D9 sudo add-apt-repository "deb [arch=amd64] http://dist.carla.org/carla $(lsb_release -sc) main" sudo apt-get update
        
        apt安装
        
        sudo apt-get install carla-ros-bridge
        
        这里看到安装的版本其实是0.9.10版本,但是不影响我们后面的使用.
        
        2.3 配置环境变量并运行
        
        首先运行carla服务器:
        
        ./CarlaUE4.sh
        
        然后我们需要切换到py27的虚拟环境
        
        conda activate py27
        
        指定carla的目录,并验证一下是否正确:
        
        export CARLA_ROOT=/home/lbw/Carla/recompressed/carla-0.9.12 export PYTHONPATH=$PYTHONPATH:$CARLA_ROOT/PythonAPI/carla/dist/carla-0.9.12-py2.7-linux-x86_64.egg:$CARLA_ROOT/PythonAPI/carla python -c 'import carla;print("Success")'
        
        如果打印了success说明pythonAPI路径配置成功.
        
        在终端中source一下环境变量:
        
        source /opt/carla-ros-bridge/melodic/setup.bash
        
        运行一下:
        
        roslaunch carla_ros_bridge carla_ros_bridge.launch
        
        使用rostopic list可以查看到carla发布的消息:
        
        为了日后启动方便,我们直接添加到.bashrc里面
        gedit ~/.bashrc
        
        在脚本中写入(需要在# >>> conda initialize >>>之前):
        
        source /opt/carla-ros-bridge/melodic/setup.bash export CARLA_ROOT=/home/lbw/Carla/recompressed/carla-0.9.12 export PYTHONPATH=$PYTHONPATH:$CARLA_ROOT/PythonAPI/carla/dist/carla-0.9.12-py2.7-linux-x86_64.egg:$CARLA_ROOT/PythonAPI/carla
        
        3.运行carla_ros_bridge
        
        运行carla_ros_bridge前,我们都需要切换到py27的虚拟环境中,否则会引起报错.
        
        3.1 roslaunch参数设置
        
        在roslaunch carla_ros_bridge carla_ros_bridge.launch 后面是可以加参数的,例如可以通过host and port改服务器地址,可以通过town修改地图.
        
        后缀运行参数的格式是:=,例如:passive:=True.
        
        在运行多个客户端时,carla_ros_bridge这个客户端会自动获得更新的优先权,会优先对世界进行tick,也就是更新.除非我们设置passive:=True.
        
        carla_ros_bridge默认工作在synchronous_mode下,等待所有传感器消息都传回来才会进行下一次更新,确保更新频率的一致.
        
        carla_ros_bridge默认是订阅所有传感器的,即register_all_sensors:=True
        
        默认配置存储路径:
        /opt/carla-ros-bridge/melodic/share/carla_ros_bridge/config
        
        其他参数的具体说明如下:
        
        use_sim_time: This should be set to True to ensure that ROS is using simulation time rather than system time. This parameter will synchronize the ROS /clock topic with CARLA simulation time.
        host and port: Network settings to connect to CARLA using a Python client.
        timeout: Time to wait for a successful connection to the server.
        passive: Passive mode is for use in scynchronous mode. When enabled, the ROS bridge will take a backseat and another client must tick the world. ROS bridge will wait for all expected data from all sensors to be received.
        synchronous_mode:
        If false: Data is published on every world.on_tick() and every sensor.listen() callback.
        If true (default): ROS bridge waits for all the sensor messages expected before the next tick. This might slow down the overall simulation but ensures reproducible results.
        synchronous_mode_wait_for_vehicle_control_command: In synchronous mode, pauses the tick until a vehicle control is completed.
        fixed_delta_seconds: Simulation time (delta seconds) between simulation steps. It must be lower than 0.1. Take a look at the documentation to learn more about this.
        ego_vehicle: Role names to identify ego vehicles. Relevant topics will be created so these vehicles will be able to be controlled from ROS.
        town: Either use an available CARLA town (eg. ‘town01’) or an OpenDRIVE file (ending in .xodr).
        register_all_sensors:
        If false: Only sensors spawned by the bridge are registered.
        If true (default): All the sensors present in the simulation are registered.
        3.2 运行一个手动驾驶ros节点
        
        首先需要运行carla服务器:
        
        ./CarlaUE4.sh
        
        之后使用roslaunch打开官方提供carla_ros_bridge_with_example_ego_vehicle脚本,设置地图为town01:
        
        roslaunch carla_ros_bridge carla_ros_bridge_with_example_ego_vehicle.launch town:='town01'
        
        这个脚本实际上是三个模块组成:
        
        carla_ros_bridge.launch
        carla_example_ego_vehicle.launch
        carla_manual_control.launch
        打开后,我们可以看到下面的界面:
        如果你的画面显示比较暗,可以参考文章最后的异常处理的问题1的解决方法.
        
        按H后弹出操控界面.可以看到,需要先按B启动手动控制,否则车是动不了的. 其他的操控方式和
        
        3.3 carla_ros_bridge能够提供的传感器信息
        
        我们打开传感器的配置文件:
        
        sudo gedit /opt/carla-ros-bridge/melodic/share/carla_ego_vehicle/config/sensors.json
        
        可以看到,里面涉及到的传感器有:
        
        前视RGB相机
        第三人称视角RGB相机
        32线激光雷达lidar
        毫米波雷达radar
        全球卫星导航系统gnss
        加速度计imu
        障碍物传感器(carla)
        车道线入侵传感器(carla)
        除此之外,carla还提供很多其他的传感器,详细内容可参考官方文档:Sensors and data
        在第4小节将详细介绍如何使用rviz查看传感器信息.
        
        4.通过ros与carla交互
        
        第四节讲解一下如何通过通过ros来订阅传感器的消息,并且发布ros消息对车辆油门刹车转向等进行控制.
        
        4.1 通过发布ros消息让车动起来
        
        在终端中使用下述命令可以实现车辆的直线运动.
        
        rostopic pub /carla/ego_vehicle/vehicle_control_cmd carla_msgs/CarlaEgoVehicleControl "{throttle: 1.0, steer: 1.0}" -r 10
        
        更加简单的操作是使用rqt来可视化的发送ros消息,在终端中输入
        
        rqt
        
        选择Plugins->Topics->Message Publisher 打开消息发布界面
        在Topic中选择/carla/ego_vehicle/vehicle_control_cmd,在Type中选择carla_msgs/CarlaEgoVehicleControl
        然后点击加号:
        展开下面的消息,改变expression的数值.将油门throttle改为1,然后勾选左边的对号
        然后你就会发现车自己动起来了.
        
        4.2 通过rviz查看传感器数据
        
        为了方便的查看传感器信息,我们使用rviz来可视化.这里提供了一个已经配置好的rviz配置:
        gitte代码库
        找到rviz_carla_sensor.rviz,然后使用下面的命令打开rviz:
        
        rosrun rviz rviz -d rviz_carla_sensor.rviz
        
        可以看到如下界面:
        
        5 挑战性的任务
        
        通过订阅车辆的全局位置信息,实现从start到goal的完整行驶.
        
        定位:通过订阅车辆的全局位置信息
        感知:车道线检测(使用开源算法)
        规划:全局路径规划+局部路径规划(使用开源算法)
        
        定位和感知信息直接通过carla_ros_bridge获取,规划指令通过carla_ros_bridge发布.
        
        可以查看[carla入门教程]-6 来获取比赛场景的创建.
        
        参考链接
        
        ROS bridge installation for ROS 1
        ROS Bridge 笔记（01）— 简介、apt 安装、源码编译安装、安装依赖、运行显示
        
        异常处理
        
        问题1.打开手动驾驶脚本后画面很黑
        
        如果打开后的画面很黑,说明相机曝光参数存在问题.
        解决方法是需要调整一下相机曝光参数.具体做法为:
        
        sudo gedit /opt/carla-ros-bridge/melodic/share/carla_ego_vehicle/config/sensors.json
        
        修改相机参数:
        
        "iso":200
        
        改成:
        
        "iso":3000
        
        需要修改的有两处,"id": "front",和"id": "view",两个相机的参数都需要修改.
        
        如果还不够亮,可以进一步调大iso.