Tank Rover — NanoPi M5 (RK3576)

Телеуправляемый гусеничный (skid-steer) ровер на базе NanoPi M5 (Rockchip RK3576). ROS 2 Jazzy в Docker, аппаратное H.264-видео, лидар, два мотора через VESC, управление с геймпада DualShock 4. Картинка + лидар + телеметрия в Lichtblick.

Возможности

• Камера — аппаратный H.264 (VPU RK3576, mpph264enc), CPU почти не грузится
• Лидар — Oradar MS200, публикует /scan
• Приводы — два мотора на сдвоенном Flipsky FSESC 4.20, свой pyserial-драйвер VESC (ток-режим), второй мотор через CAN forwarding
• Управление — DualShock 4 (гоночная схема: R2 газ, L2 назад, стик руль), регулировка мощности крестовиной; плюс телеоп с клавиатуры
• Визуализация — Foxglove/Lichtblick: видео (CompressedVideo) + лидар + телеметрия
• Всё поднимается одной командой, автозапуск в контейнере

Архитектура

                    ХОСТ (NanoPi M5, Debian, BSP-ядро 6.1)
  ┌───────────────────────────────────────────────────────────┐
  │  камера USB → GStreamer (mppjpegdec ! mpph264enc)          │
  │            → RTP → udp://127.0.0.1:5001                     │
  │                                                            │
  │  Docker-контейнер (ROS 2 Jazzy):                           │
  │    lidar (ttyS3) ── /scan                                  │
  │    vesc_node (ttyS8) ── /vesc/* , слушает /commands/{left,right}
  │    twist_mixer ── /cmd_vel → /commands/{left,right}        │
  │    ds4_receiver (udp:9999) ── /cmd_vel                     │
  │    camera_bridge (udp:5001) ── /camera/h264 (CompressedVideo)
  │    foxglove_bridge ── ws://0.0.0.0:8765                    │
  └───────────────────────────────────────────────────────────┘
                    │ WiFi                     │ WiFi
              ws://…:8765                 udp://…:9999
                    │                          │
              [ПК] Lichtblick          [ПК] ds4_sender.py (геймпад)

Камера кодируется на хосте (вендорский gstreamer1.0-rockchip mpp 1.14 несовместим по ABI с GStreamer 1.24 в контейнере), в контейнер приходит уже готовый H.264 по RTP — camera_bridge переупаковывает его в CompressedVideo.

Карта портов (RK3576, важно!)

Номер /dev/ttySN не совпадает с номером пина. Установлено эмпирически + по DTS:

Устройство	Порт	UART	Пины разъёма	Скорость
VESC	/dev/ttyS8	UART8	11 / 13	115200
Лидар	/dev/ttyS3	UART3	16 / 18	230400

Оба UART уже разведены FriendlyELEC (rk3576-nanopi5-rev01.dts), device tree править не требовалось. Пин 16 = UART3_TX (→ RX лидара), пин 18 = UART3_RX (→ TX лидара).

Требования

Ровер (NanoPi M5):

• Debian (FriendlyELEC), вендорское BSP-ядро (нужно для mpph264enc)
• Docker + docker compose
• GStreamer с плагином gstreamer1.0-rockchip (mpp) на хосте — для аппаратного H.264
• рабочий Python-модуль pyserial (для локальных тестов VESC)

ПК:

• Lichtblick (или Foxglove Studio)
• Python + pygame (для геймпада): sudo apt install python3-pygame

Установка

1. Склонировать репозиторий на ровер в ~/tank:

   git clone <repo> ~/tank && cd ~/tank

2. Драйвер лидара (не в репозитории — вендорский). Скачать MS200_Ros-V1.3.4, распаковать в ros_ws/src/, собрать под colcon:

   set(COMPILE_METHOD COLCON)   # в CMakeLists.txt
   cp package_ros2.xml package.xml
   

   (пакет oradar_lidar, executable oradar_scan)

3. pyserial в контейнере — в образ уже добавлен python3-serial (см. Dockerfile). Если запускаешь ноды вне готового образа, положи модуль serial в ros_ws/ и добавь PYTHONPATH=/root/ros_ws.

4. Собрать образ (легаси-билдер, buildx на устройстве старый):

   DOCKER_BUILDKIT=0 docker build --network=host -t tank-ros:local .

Запуск

Одной командой на ровере:

./tank_up.sh

Поднимает контейнер (все ROS-ноды) + хостовый энкодер камеры. Выведет адрес Lichtblick.

Остановить:

./tank_down.sh

Lichtblick (на ПК): подключиться к ws://<ip-ровера>:8765, добавить панели Image (/camera/h264) и 3D (/scan).

Геймпад (на ПК): python3 pc/ds4_sender.py --ip <ip-ровера>

Клавиатура (альтернатива геймпаду):

docker compose exec ros bash -ic "ros2 run teleop_twist_keyboard teleop_twist_keyboard"

Управление с геймпада (DualShock 4)

Орган	Действие
R2	газ вперёд (аналоговый)
L2	задний ход (аналоговый)
левый стик X	поворот
крестовина ↑/↓	потолок мощности ±5%

Отпустил триггеры — стоп (failsafe на трёх уровнях: пустая команда в sender, таймаут в ds4_receiver 0.5с, таймаут в vesc_node 0.5с → тормоз).

Управление приводами (VESC)

Ток-режим: тяга через SET_CURRENT, стоп/failsafe через SET_CURRENT_BRAKE (активное торможение, не накат). Ключевые параметры vesc_node:

• max_current — потолок тока, А (ПОД ПРЕДЕЛ МОТОРА! у нас моторы 10А → ставим 8)
• brake_current — сила торможения, А
• swap_sides — какой мотор какой борт (подобрано true)
• can_id_b — CAN ID второй половины (у нас 41)

Итоговый ток = стик × уровень(крестовина) × max_duty(миксер) × max_current.

Есть также duty-версия драйвера в истории проекта (проще, тормозит на отпускании, предсказуемая скорость) — переключается сменой команд на SET_DUTY.

Файлы

Dockerfile              образ ROS 2 Jazzy + все зависимости
docker-compose.yml      сервис ros, проброс ttyS3/ttyS8, host-сеть
tank_up.sh              запуск всего (хост): контейнер + энкодер камеры
tank_down.sh            остановка
ros_ws/
  tank_inside.sh        автозапуск ROS-нод внутри контейнера
  vesc_node.py          драйвер VESC (ток-режим, dual через CAN)
  twist_mixer.py        skid-steer: /cmd_vel → борта
  ds4_receiver.py       приём UDP от геймпада → /cmd_vel
  camera_bridge.py      RTP H.264 → foxglove CompressedVideo
pc/
  ds4_sender.py         читалка DualShock4 на ПК → UDP на ровер

Заметки

• Почему свой VESC-драйвер: f1tenth/vesc использует транспорт serial_driver (Autoware, ASIO), который на нативном UART RK3576 (dw-apb-uart, DMA недоступен → interrupt mode) молча не читает порт. pyserial с блокирующим чтением работает.
• Телеметрия VESC (offsets FW 6.6): temp_mos [1:3]/10, ток [5:9]/100, rpm [23:27], v_in [27:29]/10.
• CAN forwarding: команда второй половине оборачивается в COMM_FORWARD_CAN <id>.
• Camera bridge: Foxglove требует Annex-B, один кадр на сообщение, SPS перед каждым IDR (config-interval=1), без B-кадров (mpph264enc их не даёт). Против артефактов на движении: mpph264enc gop=10 bps=4000000.