ROS C++编写的乌龟编队程序: 等边三角形

本程序使用 ROS C++ 实现一个乌龟编队程序，让两只乌龟（A、B、C）始终保持等边三角形编队，可以通过键盘控制乌龟 A 的运动，同时保持三角形形状不变。

功能:

• 创建三个乌龟模拟器 (turtle1, turtle2, turtle3)，分别对应乌龟 A、B、C。
• 乌龟 A、B、C 始终保持等边三角形编队，边长为 1。
• 乌龟 A 的运动方向一致。
• 可以使用键盘控制乌龟 A 的运动：
  • w: 乌龟 A 向前移动
  • s: 乌龟 A 向后移动
  • a: 乌龟 A 向左旋转
  • d: 乌龟 A 向右旋转
  • q: 退出程序

代码:

#include <ros/ros.h>
#include <geometry_msgs/Twist.h>
#include <turtlesim/Pose.h>
#include <math.h>

// 定义常量
const double PI = 3.14159265359;
const double side_length = 1.0;
const double linear_speed = 0.5;
const double angular_speed = 0.5;

// 定义全局变量
turtlesim::Pose turtleA_pose;
turtlesim::Pose turtleB_pose;
turtlesim::Pose turtleC_pose;

// 计算两点之间的距离
double distance(double x1, double y1, double x2, double y2)
{
    return sqrt(pow(x1 - x2, 2) + pow(y1 - y2, 2));
}

// 获取乌龟A的位置信息
void turtleAPoseCallback(const turtlesim::Pose::ConstPtr& msg)
{
    turtleA_pose = *msg;
}

// 获取乌龟B的位置信息
void turtleBPoseCallback(const turtlesim::Pose::ConstPtr& msg)
{
    turtleB_pose = *msg;
}

// 获取乌龟C的位置信息
void turtleCPoseCallback(const turtlesim::Pose::ConstPtr& msg)
{
    turtleC_pose = *msg;
}

int main(int argc, char** argv)
{
    // 初始化ROS节点
    ros::init(argc, argv, "turtle_triangle");
    ros::NodeHandle nh;

    // 创建发布速度控制命令的Publisher
    ros::Publisher turtleA_vel_pub = nh.advertise<geometry_msgs::Twist>("turtle1/cmd_vel", 1000);
    ros::Publisher turtleB_vel_pub = nh.advertise<geometry_msgs::Twist>("turtle2/cmd_vel", 1000);
    ros::Publisher turtleC_vel_pub = nh.advertise<geometry_msgs::Twist>("turtle3/cmd_vel", 1000);

    // 创建订阅乌龟A、B、C的位置信息的Subscriber
    ros::Subscriber turtleA_pose_sub = nh.subscribe("turtle1/pose", 1000, turtleAPoseCallback);
    ros::Subscriber turtleB_pose_sub = nh.subscribe("turtle2/pose", 1000, turtleBPoseCallback);
    ros::Subscriber turtleC_pose_sub = nh.subscribe("turtle3/pose", 1000, turtleCPoseCallback);

    // 等待获取乌龟A、B、C的位置信息
    while (ros::ok() && (turtleA_pose.x == 0 || turtleB_pose.x == 0 || turtleC_pose.x == 0))
    {
        ros::spinOnce();
    }

    // 设置运动方向和角度
    double direction = 0;
    double angle = PI / 3;

    // 循环读取键盘输入
    while (ros::ok())
    {
        // 创建速度控制命令
        geometry_msgs::Twist turtleA_vel_msg;
        geometry_msgs::Twist turtleB_vel_msg;
        geometry_msgs::Twist turtleC_vel_msg;

        // 读取键盘输入
        char c;
        std::cin >> c;

        // 根据键盘输入设置速度控制命令
        switch (c)
        {
            case 'w':
                turtleA_vel_msg.linear.x = linear_speed;
                direction = turtleA_pose.theta;
                break;
            case 's':
                turtleA_vel_msg.linear.x = -linear_speed;
                direction = turtleA_pose.theta;
                break;
            case 'a':
                turtleA_vel_msg.angular.z = angular_speed;
                break;
            case 'd':
                turtleA_vel_msg.angular.z = -angular_speed;
                break;
            case 'q':
                return 0;
        }

        // 计算乌龟A、B、C的位置关系
        double distanceAB = distance(turtleA_pose.x, turtleA_pose.y, turtleB_pose.x, turtleB_pose.y);
        double distanceBC = distance(turtleB_pose.x, turtleB_pose.y, turtleC_pose.x, turtleC_pose.y);
        double distanceCA = distance(turtleC_pose.x, turtleC_pose.y, turtleA_pose.x, turtleA_pose.y);
        double angleABC = acos((pow(distanceAB, 2) + pow(side_length, 2) - pow(distanceBC, 2)) / (2 * distanceAB * side_length));
        double angleBCA = acos((pow(distanceBC, 2) + pow(side_length, 2) - pow(distanceCA, 2)) / (2 * distanceBC * side_length));
        double angleCAB = acos((pow(distanceCA, 2) + pow(side_length, 2) - pow(distanceAB, 2)) / (2 * distanceCA * side_length));

        // 计算乌龟B、C的运动方向和角度
        double directionB = direction + angleABC;
        double directionC = directionB + angleBCA;

        // 设置乌龟B、C的速度控制命令
        turtleB_vel_msg.linear.x = linear_speed * cos(directionB);
        turtleB_vel_msg.linear.y = linear_speed * sin(directionB);
        turtleC_vel_msg.linear.x = linear_speed * cos(directionC);
        turtleC_vel_msg.linear.y = linear_speed * sin(directionC);

        // 发布速度控制命令
        turtleA_vel_pub.publish(turtleA_vel_msg);
        turtleB_vel_pub.publish(turtleB_vel_msg);
        turtleC_vel_pub.publish(turtleC_vel_msg);

        // 循环等待
        ros::spinOnce();
    }

    return 0;
}

使用说明:

1. 安装 turtlebot3 和 turtlebot3_simulations 包:

   sudo apt-get update
   sudo apt-get install ros-noetic-turtlebot3 ros-noetic-turtlebot3-simulations
   

2. 运行程序:

   roslaunch turtlebot3_gazebo turtlebot3_world.launch
   rosrun turtle_triangle turtle_triangle
   

3. 使用键盘控制乌龟 A 的运动，观察乌龟 A、B、C 的编队效果。

注意:

• 本程序使用 turtlebot3 模拟器，需要安装 turtlebot3 和 turtlebot3_simulations 包。
• 如果乌龟 A、B、C 的初始位置不正确，它们可能无法形成等边三角形。
• 程序中使用了 cos() 和 sin() 函数，需要包含 math.h 头文件。
• 程序中使用了 ros::spinOnce() 函数，用于处理 ROS 消息。
• 程序中使用了 std::cin 函数，用于读取键盘输入。

其他提示:

• 可以尝试修改程序中的 side_length、linear_speed 和 angular_speed 参数，观察编队效果的变化。
• 可以尝试使用其他的 ROS 模拟器，例如 gazebo，来运行程序。
• 可以尝试使用其他的 ROS 节点，例如 tf 或 nav，来实现更复杂的编队功能。