ROS技術點滴 —— Matlab中的ROS

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眾所周知，Matlab是一款強大的數據處理工具，在科研、教學、商業領域廣泛應用。Matlab有一個工具箱，幾乎和哆啦A夢的口袋差不多，可以提供豐富而強大的擴展功能，其中就包含robotics工具箱，提供許多機器人開發工具，當然也包括ROS相關的功能，這就為ROS和Matlab的聯合使用提供了強有力的支持。

一、ROS-MATLAB是什麼

Matlab中的robotics system toolbox提供了ROS的大部分功能，可以通過Matlab啟動ROS Master、創建ROS節點、發布ROS消息/服務、查看ROS話題數據、控制ROS機器人等，更重要的是可以結合Matlab強大的功能，實現機器人演算法設計，然後接入ROS系統，配合gazebo或者V-REP完成模擬。我們將這個Matlab中的ROS工具包簡稱為ROS-MATLAB。

下圖是ROS-MATLAB和機器人系統的通信框架，從中可以看到，Matlab擁有強大而豐富的演算法功能包（視覺處理、控制系統、信號處理等）；通過ROS-MATLAB可以獲取機器人的數據，處理之後再將控制指令發送給機器人。簡而言之，ROS-MATLAB讓Matlab成為了機器人強大的計算後台。

ROS-MATLAB在Matlab2013之後的版本才有，而且需要Matlab安裝robotics systemtoolbox，可以在官網下載安裝。

二、ROS-MATLAB可以做什麼

那麼ROS-MATLAB到底可以實現哪些ROS的功能？在Matlab的命令窗口中，輸入以下幫助命令：

>> help robotics.ros

如果工具箱安裝沒有問題的話，可以看到如下圖所示的命令列表，每個命令後邊都有相應功能的說明。

可以看到，ROS-MATLAB 提供了ROS大部分的命令。我們首先通過一個簡單的常式對ROS-MATLAB有個大致的了解。

運行常式的第一步是什麼？當然是把ROS Master跑起來，在Ubuntu系統中我們使用的是roscore命令，而在Matlab里需要使用rosinit命令：

>> rosinit

運行成功會看到日誌信息：

然後使用以下命令運行常式 exampleHelperROSCreateSampleNetwork：

>> exampleHelperROSCreateSampleNetwork

稍等片刻後常式就會啟動，使用rosnode、rostopic命令可以看到節點和話題信息：

是不是有一種在Ubuntu系統下的穿越感，彷彿是一個運行在Windows下的虛擬機。

三、連接Matlab和ROS

上小節的常式在Matlab中運行了ROS Master和node，在實際使用中，我們還需要將Matlab連接到ROS系統的網路中。

1. 確定IP地址

首先需要確定運行Matlab和ROS的兩台計算機的IP地址（必須在同一網路下）。筆者運行Matlab的計算機操作系統是Windows 7，使用ipconfig命令，可以找到如下圖所示的IP地址。

ROS運行在筆者Windows 7下的Ubuntu虛擬機中，通過bridge橋接的方式聯網，在Ubuntu系統中使用ifconfig命令，可以找到如下所示的IP地址。

2. 在Matlab中設置IP

然後，在Ubuntu中運行roscore命令，並在Matlab中設置ROS Master的路徑，類似於多計算機運行ROS系統時的配置：

>> setenv(ROS_MASTER_URI,http://192.168.0.10:11311)>> rosinit

3. ROS --> Matlab

路徑配置完成後，檢查通信是否建立。先在Ubuntu中啟動一個talker：

$ rosrun roscpp_tutorials talker

接著在Matlab中查看話題和節點列表：

>> rosnodelist>> rostopiclist

Matlab已經找到talker發布的話題了，可以使用rostopic echo命令查看具體的消息數據。

4. Matlab --> ROS

在Matlab中同樣可以編寫節點並發布數據，一個簡單的talker節點實現如下：

>> chatpub = rospublisher(/talker, std_msgs/String);>> msg = rosmessage(chatpub);>> msg.Data = Hello, From Matlab;>> send(chatpub,msg);>> latchpub =rospublisher(/talker, IsLatching, true);

如果使用.m文件保存以上代碼，可以將所有命令保存到一個.m文件中，例如matlab_ros/talker.m：

%Setting ROS_MASTER_URIsetenv(ROS_MASTER_URI,http://192.168.1.202:11311)%Starting ROS MASTERrosinit%Creating ROS publisher handlechatpub = rospublisher(/talker, std_msgs/String);%This is to create the message definitionmsg = rosmessage(chatpub);%Inserting data to messagemsg.Data = Hello, From Matlab;%Sending message to topicsend(chatpub,msg);%Latching the message on topiclatchpub = rospublisher(/talker, IsLatching, true);

然後在Matlab中打開該文件，點擊菜單欄中的Run即可運行：

在Ubuntu中，查看話題列表和消息內容，可以看到如下列印信息：

至此，我們大概了解了ROS-MATLAB的概念和使用方法，又打開了一扇新世界的大門。

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