极客生涯｜TurtleBot3“汉堡”机器人——很小但功能全面的学习平台

TurtleBot3教师用该机器人套件学习使用ROS平台

当Robotis发来TurtleBot3机器人的审核单元装置时，我们这些IEEE Spectrum机器人博客（博客名为“自动化”）的维护人员激动至极。这款小型机器人旨在为希望尝试机器人操作系统（ROS）的用户提供便利平台。ROS在学术研究人员和产业开发人员中广受欢迎，但其复杂程度常常让很多人望而却步。

TurtleBot3的上一代产品——基于上网本的TurtleBot2——也是不错的ROS平台。但TurtleBot3充分利用了新一代低成本计算和传感硬件：借助该平台，可在体积最小、成本最低的ROS兼容移动机器人中安装完整版，同时功能和便利性不减。

Robotis实际上为我们提供了两组装置，因为TurtleBot3有两种不同的“口味”：“汉堡”和“华夫饼”。“华夫饼”能够提供更高级的功能，但它是围绕英特尔的Joule计算模块构建的，而该模块似乎将被英特尔舍弃。所以我们将注意力投向价值549美元、构建在树莓派3上的“汉堡”系列。

如前文所述，ROS存在着十分具有挑战性的学习曲线。如果你只是想玩玩，那么它不适合你；如果你想投入时间和精力，学习ROS以及机器人学和计算机科学概念，那么它是你的合适之选。塑料板、金属棒、车轮、螺丝、螺母和铆钉构成了“汉堡”的主体。它配置有360度平面激光雷达，可实现同步定位和地图构建（SLAM）以及自动导航等功能。板载树莓派与Robotis定制的控制板OpenCR相连。OpenCR由ARM Cortex-M7提供电力支持，伺服系统和电池依次与ARM Cortex-M7连接。（可在Arduino软件开发环境下对该开发板进行编程，从而提供额外性能）。

“汉堡”的包装盒体积很小，让我们一度怀疑这么小的盒子能不能装下机器人。除自带组件以外，还提供了外观精美的印刷说明书以及电源模块。我们用了一两个小时将机器人组装起来，大部分组装过程非常简单。

但组装时我们确实也遇到了一些困难。部分说明较为晦涩，例如应使用哪些引脚为树莓派供电。有一些则完全行不通，例如USB连接线上连接器的位置，导致USB连接线无法连接激光雷达（如果按照说明进行操作的话）。而且，如果按照说明书进行组装，树莓派上的HDMI端口会被挡住，无法使用。如果加以变通，重新确定部件的组装位置，上述问题就可以解决，但愿Robotics会对说明书进行更新。

现在，是时候启动新机器人了。Robotis为用户提供了大量的在线文档，指导用户如何安装和启动TurtleBot3。确实需要实施不少步骤。OpenCR控制器板预安装了必要软件，树莓派预配置有全新8吉字节 microSD卡，你需要在microSD卡中安装Ubuntu和ROS。此外，还需要配置一台安装有Ubuntu和ROS的计算机（“远程计算机”），用于运行ROS管理器，并通过Wi-Fi与TurtleBot3进行通信。

针对树莓派等单板计算机设计了专门版本的Ubuntu。Robotis使用Ubuntu Mate软件，且提供具体说明，指导用户使用运行Ubuntu的其他计算机将Ubuntu Mate上传至microSD卡中。这些说明并未给我们提供有价值的帮助，再三搜索也没有找到相应的解决办法。庆幸的是，Robotis还提供了另一种使用Windows系统的方法，而且确实行得通。完成上述工作之后，将microSD卡插入树莓派之中，并接入键盘、鼠标和显示器（显示器需要接入HDMI端口，因此它不能被挡住）。在Ubuntu环境下启动树莓派并设置好Wi-Fi连接后，就可以开始安装ROS了。

根据详尽的说明，我们花了几个小时完成ROS的安装工作。我们的想法是，完成与树莓派有关的所有安装工作之后，就可以断开与显示器、键盘和鼠标的连接，远程连接TurtleBot3。

图一

图二

图三

自下而上的构造：

“汉堡”是分层构建的，最底层为电源和电机层（图一）；随后是OpenCR控制板（图二）和树莓派层（图三）。

这时我们遇到了一个小问题。由于某种原因，远程登录的普适协议SSH对“汉堡”和远程计算机都不适用。最后，我们不得不在两个系统中重新安装并配置SSH软件。我们还不得不采取进一步措施，确保在每次重启树莓派时，SSH都能够自动启动。这可不是一个简单的过程，特别是对于不熟悉Ubuntu系统的用户来说。

解决了SSH问题之后，我们可以让远程计算机与“汉堡”进行“对话”了。然后，我们启动了ROS的“培育”程序，允许软件控制机器人。激光雷达开始工作，我们可以通过远程计算机实现对机器人的远程操作。太棒了！Robotis已经预设好SLAM、位置映射和导航等功能，你还可以安装其他应用程序，例如跟随器，用于设置机器人跟着前方人员行走。

到目前为止，“汉堡”的表现超出了预期。它体积小、反应敏捷且运行ROS的速度极快（不过在运行更高要求的应用程序时，树莓派会受到何种限制仍有待观察）。

幸运的是，在有新硬件可用时，TurtleBot3的模块化设计可以方便你随时进行升级。同时，借助组装型金属板的独特优势，你还可以对机身进行改造。我们期待Robotis在未来能够制造更多部件，例如手臂和夹具。我们尤其期待橡胶踏板，这样就能把TurtleBot变成一辆迷你坦克了。

作者：Erico Guizzo，Evan Ackerman

来源：悦智网