1.配置和显示惯性测量单元AHRS模块_GY-951

0x00 AHRS模块简介

在机器人的设计中，惯性测量单元IMU（Inertial measurement unit）是必不可少的一个模块，但是目前高精度的IMU模块是非常贵的，一般Xsens MTi系列IMU都在上万块，在这里我们介绍一款便宜实惠的IMU模块，但是与IMU不同的是该模块是AHRS（Attitude and heading reference system）航姿参考系统，淘宝价格大概80块左右，虽然输出数据有点误差，但是对于我们一般的ROS机器人已经可以用了。下面是该模块图片及相关参数：

0x01 连接GY-951模块

由于刚买回来的GY-951模块如下图左边所示，排针需要我们自己用电烙铁根据需要焊接上，右边的是我焊接好的样子：

我们要想将模块输出的数据发送到ROS上进行处理显然我们还需要一个转接模块，我这里使用的是USB转TTL，当然其他的模块也可以，下面这三款是我用过确定可以和GY-951正常通信的，唯一不同的是另外两款需要再接一根miniUSB接口的线，跟安卓手机的那种microUSB线不同，如下图所示：

需要注意的是我们在进行GY-951的固件代码更新时，需要连接上DTR引脚才能将固件代码下载到GY-951中，在正常通信时就不用接DTR引脚，只需要接上VCC，GND，TX，RX即可，下面是总结：

	GY-951模块	USB转接模块	连接图	备注
正常通信	VCC GND TX RX	VCC GND RX TX		在连接时需要注意IMU模块与转接模块连接时， VCC，GND都是接相应的引脚，在接TX和RX 引脚时IMU模块需要与转接模块相反，即IMU模块 的TX接转接模块的RX，IMU模块的RX接转接模块的TX。
更新固件	VCC GND TX RX DTR	VCC GND RX TX DTR		在更新GY-951固件代码时连接引脚时唯一的不一样 就是多接了一根DTR引脚，只有接了DTR引脚才能 将固件代码通过Arduino IDE下载到GY-951中。 （此时需要带有miniUSB接口的转接模块才带有DTR引脚）

0x02 更新GY-951固件

由于从淘宝上买回来的GY-951固件代码比较旧，要想模块可以正常工作，第一件事就是要更新模块的固件代码，在这里我们使用ROS中razor_imu_9dof这个软件包里面的固件代码，之所以要使用该软件包中估计代码是因为该软件包是为SparkFun出品的Razor IMU 9DOF (Degree of freedom) sensor boards，该IMU模块的各传感器模块正好与我们的GY-951相同，所以代码也应该是一样的可以通用。

然后从gitHub下载相应的代码，下载命令：git clone https://github.com/blmhemu/razor_imu_9dof.git，由于该代码目前只有ROS Indigo分支，因此我们需要先在Indigo上做测试，我们需要将该代码下载到ROS的工作空间源码目录下，一般就是我们自己ROS小车的工作目录，在这里我用自己的ROS工作空间做演示下载源码并解析源码各目录内容：

下面来简单介绍固件代码的各源码文件作用，其中Math.ino没地方来标明了，它的作用就是一些简单的数学计算，例如向量的加法，向量的点乘（数量积、点积），矩阵乘法等：

接下来就需要在Arduino IDE中打开该固件代码，直接打开Razor_AHRS.ino文件即可：

接下来我们需要根据GY-951模块来配置该代码，直接修改Razor_AHRS.ino代码中HARDWARE OPTIONS部分即可：

接下来需要配置开发板和处理器和端口，找到适合GY-951的，这样才能将该代码下载到模块中，注意开发板需要选择：Arduino Pro or Pro Mini，处理器选择：ATmega328P（3.3V，8MHz），端口根据需要选择，我这里选择的是ttyUSB0：

当点击上传按钮后，即可自动编译该固件代码，然后将生成的文件上传到GY-951模块中，根据Arduino IDE下面的窗口可得知是否上传成。

接下来通过调试模块的串口输出数据来看模块是否可以工作了，直接打开IDE中的串口监视器即可，当看到串口有数据输出表明我们的模块固件更新已经完成了：

0x03 配置ROS代码

现在GY-951模块代码已经有数据输出，但是该数据我们还无法在ROS中使用，需要将该数据进行ROS能识别的IMU格式数据封装才行，接下来我们就开始配置相应的ROS部分代码，首先我们从launch文件入手来分析ROS部分代码，我们先从razor-pub.launch分析，该文件内容如下：

<launch>
  <arg name="razor_config_file" default="$(find razor_imu_9dof)/config/my_razor.yaml"/>
  <node pkg="razor_imu_9dof" type="imu_node.py" name="imu_node" output="screen">
    <rosparam file="$(arg razor_config_file)" command="load"/>
  </node>
</launch>

从arg部分看出，需要加载razor_config_file参数，该参数是从my_razor.yaml文件中读取，但是该文件默认不存在，需要我们从razor.yaml文件复制一份用：

我们查看my_razor.yaml文件，查看该配置文件中内容，然后根据需要做相应的修改，主要需要修改的就是port端口号：

## USB port
port: /dev/ttyUSB0


##### Calibration ####
### accelerometer
accel_x_min: -250.0
accel_x_max: 250.0
accel_y_min: -250.0
accel_y_max: 250.0
accel_z_min: -250.0
accel_z_max: 250.0

### magnetometer
# standard calibration
magn_x_min: -600.0
magn_x_max: 600.0
magn_y_min: -600.0
magn_y_max: 600.0
magn_z_min: -600.0
magn_z_max: 600.0

# extended calibration
calibration_magn_use_extended: false
magn_ellipsoid_center: [0, 0, 0]
magn_ellipsoid_transform: [[0, 0, 0], [0, 0, 0], [0, 0, 0]]

# AHRS to robot calibration
imu_yaw_calibration: 0.0

### gyroscope
gyro_average_offset_x: 0.0
gyro_average_offset_y: 0.0
gyro_average_offset_z: 0.0

我们需要修改的部分主要就是USB port端口号，但是在使用该端口号时需要注意权限问题，注意当前用户有没有在dialout组中，如果没有的话需要使用"sudo usermod -aG dialout 用户名"将当前用户添加到dialout组中， 因为默认情况下，只有root用户和属于dialout组的用户会有读写权限，因此直接把自己的用户加入到dialout组就可以了，操作完命令后要logout一下或者重启电脑后，以后就永久生效了。

通过groups命令可以查看当前用户有没有在dialout组中，由于我以前已经把用户添加到dialout组中，因此我就不用执行了，如果你没有发现dialout组，可以通过上述命令来添加。当增加好权限后，我们就可通过3D可视化来查看GY-951模块的输出数据的实际效果了，但是在使用可视化模块前需要安装一个软件，通过以下命令安装：

sudo apt-get install python-visual

然后就可以在ROS工作空间代码下执行catkin_make进行编译，编译完成后source devel/setup.bash，就可以来执行razor-imu-9dof的ROS部分代码来3D显示数据：

此时可以查看话题列表，通过rostopic list查看，可以发现已经组装好的imu话题，可以echo出来查看数据格式和内容：

0x04 在Rviz中显示IMU数据

在Rviz中如果要想显示IMU数据的话，需要提前安装一个Rviz显示插件，安装方式有两种，第一种直接通过apt-get install来安装，第二种通过源码自己编译，下面我分别来介绍两种安装方式：

（1）apt直接安装

这种方式是最简单快捷的，我们直接在终端中输入：sudo apt-get install ros-indigo-imu-tools就可以了，当然我这里是在indigo系统下安装的，大家需要根据自己安装的ROS版本来选择可以在kinetic系统中输入 sudo apt-get install ros-kinetic-imu-tools就可以安装了。

（2）通过源码安装

由于源码需要通过git来下载，那么就需要先保证已经安装了git-core软件包，直接通过sudo apt-get install git-core来安装，接下来下载源码，我们首先需要切换到ROS中自己创建的工作空间源码目录下，然后开始从github下载源码：

        git clone -b indigo https://github.com/ccny-ros-pkg/imu_tools.git

我这里下载的是indigo分支代码，大家根据自己ROS的版本来选择，该源码网址是：https://github.com/ccny-ros-pkg/imu_tools，大家可以从该网址找到更多的信息。接下来在编译该源码之前，需要检查该源码的依赖包，将依赖包先安装好才能源码编译，安装依赖包的命令是：rosdep install imu_tools，安装好依赖包后，接下来就开始在工作空间的根目录下执行catkin_make就可以了。

当安装好Rviz中显示IMU的插件后，我们就可以打开Rviz了，直接在终端中输入rviz即可打开，当打开后第一步就是要添加我们刚才安装好的插件：

当添加好插件后，就可以在Rviz的中心显示区域显示出一个xyz的坐标，我们接下来需要配置一下就可以将GY-951模块的信息在Rviz中显示出来了，根据下图提示来配置Rviz即可，这样当我们晃动GY-951模块时会发现在Rviz中的IMU插件也同步在晃动：

[wshop_reward]