ROSのパッケージ・ワークスペース

ROSのパッケージ管理について理解しよう

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ROSのパッケージ

ROSでは、特定の目的のためのプログラム群をまとめてパッケージとして管理する。

例として、navigation_tutorialパッケージのファイル構成を示す。

navigation_tutorial
   ├── CMakeLists.txt
   ├── launch
   │   ├── amcl.launch
   │   ├── avoidance.launch
   │   ├── gmapping.launch
   │   ├── go_straight.launch
   │   ├── localization.launch
   │   ├── map_server.launch
   │   ├── move_base.launch
   │   └── navigation.launch
   ├── package.xml
   ├── params
   │   ├── base_global_planner_params.yaml
   │   ├── base_local_planner_params.yaml
   │   ├── costmap_common_params.yaml
   │   ├── dwa_local_planner_params.yaml
   │   ├── global_costmap_params.yaml
   │   ├── local_costmap_params.yaml
   │   └── move_base_params.yaml
   ├── scripts
   │   ├── avoidance.py
   │   ├── simple_control2.py
   │   └── simple_control.py
   └── src
       ├── avoidance.cpp
       └── go_straight.cpp

一般的に、scriptsディレクトリやsrcディレクトリにそれぞれPython, C++のプログラムが配置される。

作成したプログラムはrosrunコマンドで実行することができる。

(Python) rosrun navigation_tutorial simple_control2.py
(C++) rosrun navigation_tutorial go_straight

launchディレクトリに入っているlaunchファイルは複数のプログラムを同時に実行できるための仕組みである。

launchファイルについてでも同様にroslaunchコマンドで実行することができる。

roslaunch navigation_tutorial move_base.launch

実行時にパッケージ名(今回だとnavigation_tutorial)を指定するので、現在どこのディレクトリにいるかに関係なく実行が可能である。

ROSのワークスペース

ROSのパッケージはワークスペースと呼ばれる作業スペースに配置される。

一般的にcatkin_wsという名前が使われることが多い。

catkin_wsのファイル構成を示す。

catkin_ws
   ├── build
   ├── devel
   └── src
       ├── CMakeLists.txt
       ├── navigation_tutorial
       │   ├── CMakeLists.txt
       │   ├── launch
       │   ├── package.xml
       │   ├── params
       │   ├── scripts
       │   └── src
       └── roomba
           ├── roomba_bringup
           │   ├── CMakeLists.txt
           │   ├── config
           │   ├── launch
           │   └── package.xml
           ├── roomba_description
           │   ├── CMakeLists.txt
           │   ├── config
           │   ├── launch
           │   ├── meshes
           │   ├── package.xml
           │   └── urdf
           ├── roomba_gazebo
           │   ├── CMakeLists.txt
           │   ├── launch
           │   └── package.xml
           └── roomba_teleop
               ├── CMakeLists.txt
               ├── include
               ├── launch
               ├── package.xml
               └── src

catkin_wsのsrc内でパッケージ作成を行い、catkin_ws直下でcatkin_makeコマンドを実行すると、Cプログラムのビルドが行われ、buildディレクトリとdevelディレクトリが作成される。

作成されたdevelディレクトリの中のsetup.bashをソースsource devel/setup.bashすることで、ワークスペース内のパッケージのパスを通すことができる。　

パッケージのパスを通すことで、ROSのパッケージに関するコマンドや、プログラムの実行(rosrunやroslaunch)が行えるようになる。

ROSのコマンド

ROSのコマンドのうち、よく用いるものを紹介する。

  • Topic関連
rostopic list                 　　　　　　   topicの一覧を表示する
rostopic echo <topic name>   　 　　　　　   指定されたtopicの中身を表示する
rostopic hz <topic name>      　　　　　　　  topicの配信周波数を取得する
rostopic info <topic name>    　　　　　　　  topicの情報を表示する
rostopic pub <topic name> <topic> 　 　topicを配信する
rostopic type <topic name>          topicの型を確認する
  • Node関連
rosnode list                nodeの一覧を表示する
rosnode ping <node name>    nodeの接続テストを行う
rosnode info <node name>    nodeの情報を表示する
rosnode kill <node name>    nodeをシャットダウンする
  • Package関連
rospack list             packageの一覧を表示する
roscd <package name>     指定したpackage内に移動する

ROSのプログラムの書き方

それでは実際にプログラム例を見てみましょう。

#!/usr/bin/env python3

import rospy
from geometry_msgs.msg import Twist

def time_control(pub, velocity, yawrate, time):
    vel = Twist()
    start_time = rospy.get_rostime().secs
    while(rospy.get_rostime().secs-start_time<time):
        vel.linear.x = velocity
        vel.angular.z = yawrate
        pub.publish(vel)
        rospy.sleep(0.1)

def simple_controller():
    rospy.init_node('simple_controller', anonymous=True)
    pub = rospy.Publisher('/cmd_vel', Twist, queue_size=10)

    time_control(pub,  0.0,  0.0, 0.5)
    time_control(pub,  0.3,  0.0, 2.0)

    time_control(pub,  0.0,  0.0, 0.5)
    time_control(pub, -0.3,  0.0, 2.0)

    time_control(pub,  0.0,  0.0, 0.5)
    time_control(pub,  0.0,  0.5, 2.0)

    time_control(pub,  0.0,  0.0, 0.5)
    time_control(pub,  0.0, -0.5, 2.0)

if __name__=='__main__':
    try:
        simple_controller()
    except rospy.ROSInitException:
        pass

まずsimple_controller関数内をみていきましょう。

以下の部分でsimple_controllerという名前でノードを定義しています。

rospy.init_node('simple_controller', anonymous=True)

以下の部分でPublisher(トピックのpublish)を宣言しています。

今回の場合は、/cmd_velトピックをTwist型で送信するPublisherを宣言しています。

pub = rospy.Publisher('/cmd_vel', Twist, queue_size=10)

続いて、time_control関数です。

この関数はpublisher、速度、角速度、時間を受け取り、速度指令をpublishします。

def time_control(pub, velocity, yawrate, time):
    vel = Twist()
    start_time = rospy.get_rostime().secs
    while(rospy.get_rostime().secs-start_time<time):
        vel.linear.x = velocity
        vel.angular.z = yawrate
        pub.publish(vel)
        rospy.sleep(0.1)

ここでTwist型のインスタンスを作成しています。

  vel = Twist()

while文で受け取った時間が過ぎるまでの間、受け取った速度と各速度をvelに格納し、pub.publish(vel)でpublishを行なっています。

    while(rospy.get_rostime().secs-start_time<time):
        vel.linear.x = velocity
        vel.angular.z = yawrate
        pub.publish(vel)
        rospy.sleep(0.1)

演習

【jetson・開発マシン】それぞれdockerコンテナを起動

jetsonでdockerコンテナを起動

(開発PC):~$ ssh roomba_dev1
(jetson):~$ cd ~/group_a/roomba_hack
(jetson):~/group_a/roomba_hack ./RUN-DOCKER-CONTAINER.sh
(jetson)(docker):~/roomba_hack#

開発PCでdockerコンテナを起動

(開発PC):~$ cd ~/group_a/roomba_hack
(開発PC):~/group_a/roomba_hack ./RUN-DOCKER-CONTAINER.sh 192.168.10.7x
(開発PC)(docker):~/roomba_hack#

【jetson・開発マシン】ビルドをしてパスを通す

catkin_make後にdevelとbuildディレクトリが作成されることを確認しましょう。

(開発PC)(docker):~/roomba_hack# cd catkin_ws
(開発PC)(docker):~/roomba_hack/catkin_ws# rm -rf devel build
(開発PC)(docker):~/roomba_hack/catkin_ws# ls
(開発PC)(docker):~/roomba_hack/catkin_ws# catkin_make
(開発PC)(docker):~/roomba_hack/catkin_ws# ls
(開発PC)(docker):~/roomba_hack/catkin_ws# source ./devel/setup.bash

【jetson】ROSマスタ、各種ノードを起動

(jetson)(docker):~/roomba_hack# roslaunch roomba_bringup bringup.launch

ROSメッセージの可視化

【開発PC】topicの確認

Topic関連のコマンドのところのrostopic listコマンドを使用してtopic一覧を表示してみましょう

(開発PC)(docker):~/roomba_hack# rostopic list

特定のtopicの型を確認

(開発PC)(docker)# rostopic type /camera/color/image_raw
(開発PC)(docker)# rostopic type /scan

その型が実際にどのような構成をしているのかはrosmsg info <topic type>で調べられます。

参考

sensor_msgs/LaserScan型 http://docs.ros.org/en/melodic/api/sensor_msgs/html/msg/LaserScan.html

sensor_msgs/Image型 http://docs.ros.org/en/noetic/api/sensor_msgs/html/msg/Image.html

特定のtopicの中身を確認

(開発PC)(docker)# rostopic echo /camera/color/image_raw
(開発PC)(docker)# rostopic echo /scan

rvizを用いて可視化

(開発PC)(docker)# rviz

【開発PC】topicのpublish(配信)

topic/cmd_velの情報を確認

(開発PC)(docker)# rostopic info /cmd_vel

topic/cmd_velの型を確認

(開発PC)(docker)# rostopic type /cmd_vel

geometry_msgs/Twist型 http://docs.ros.org/en/noetic/api/geometry_msgs/html/msg/Twist.html

topic/cmd_velをpublish

(開発PC)(docker)# rostopic pub /cmd_vel geometry_msgs/Twist "linear:
    x: 1.0
    y: 0.0
    z: 0.0
  angular:
    x: 0.0
    y: 0.0
    z: 0.0"

(開発PC)(docker)# rosrun navigation_tutorial simple_control.py

Try it! 時間が余った人向け

try it! roomba_bringupパッケージのbringup.launchの中身を読んでみよう

hint roscdコマンドを使うとパッケージへ簡単に移動ができます。ファイルの中身を表示するにはcatコマンドを使用します。

try it! 開発PCでrosnode関連のコマンドを使ってみよう

try it! 開発PCでrosrun rqt_graph rqt_graphを実行してnodeとtopicの関連を可視化してみよう

try it! 開発PCでsimple_control.pyの中身を読んでコードを変更してみよう

hint コードを編集するときはエディタを使うことがおすすめです。新しくターミナルを開いて

(開発PC):~$ cd group_a/roomba_hack
(開発PC):~group_a/roomba_hack$ code .

でVScodeを起動することができます。

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Last updated on 2022/4/5

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