ROS 기본 정리

1. ROS

1. 개념

• 로봇 소프트웨어를 개발하는데 필요한 소프트웨어의 집합체

• 각종 센서와 모터를 프로그래머가 편하게 사용할 수 있도록 지원

• 표준화된 통신 프로토콜을 따르는 이기종간의 메시지 교환이 가능

• 통신은 토픽의 발행 및 구독 기반의 메시지 교환 형식으로 진행

 

2. 용어

• 마스터 노드 사이의 통신을 총괄 관리(ROS Core)

• 노드(node) 실행 가능한 최소 단위의 프로세스으로서 토픽을 주고 받는 통신 주체

• 토픽(topic) 노드간에 통신할 수 있는 채널 (일방적이거나 지속적, 1:1과 N:N 통신 가능)

• 메시지(message) 통신되는 실제 데이터

• 발행자 토픽을 만들어 보내는 노드

• 구독자 토픽을 받는 노드

• 패키지(package) 하나 이상의 노드와 노드실행을 위한 정보 등을 묶어놓은 것

 

 

2. ROS 설치

• 설치는 http://wiki.ros.org/melodic/Installation/Ubuntu를 참고하면 된다

  sudo sh -c 'echo "deb http://packages.ros.org/ros/ubuntu $(lsb_release -sc) main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'
  cat /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list
  
  sudo apt install curl # if you haven't already installed curl
  curl -s https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/ros.asc | sudo apt-key add -
  
  sudo apt update
  sudo apt install ros-melodic-desktop-full
  
  echo "source /opt/ros/melodic/setup.bash" >> ~/.bashrc
  source ~/.bashrc
  
  sudo apt install python-rosdep python-rosinstall python-rosinstall-generator python-wstool build-essential
  
  sudo rosdep init
  rosdep update

• 설치 이후에 roscore를 입력하여 정상적으로 작동하는지 확인해본다

  

 

 

3. 워크스페이스 생성

• 원하는 이름으로 워크스페이스를 생성 후 빌드한다

  mkdir -p ~/${WORK_SPACE_NAME}/src # mkdir -p ~/ros_ws/src
  cd ${WORK_SPACE_NAME} # cd ~/ros_ws
  catkin_make # ROS 환경 설정 및 빌드
  ll # build, devel 폴더 생성 확인

  

• .bashrc 파일에 다음의 내용을 추가해준 뒤, source ~/.bashrc로 설정을 업데이트한다

  alias cm='cd ~/ros_ws&& catkin_make'
  alias cs='cd ~/ros_ws/src'
  
  source /opt/ros/melodic/setup.bash
  source ~/ros_ws/devel/setup.bash
  export ROS_MASTER_URI=http://localhost:11311
  export ROS_HOSTNAME=localhost

• 환경변수 목록을 확인하기 위해 printenv | grep ROS을 입력한다

  

 

 

4. turtle_sim 예제 실행

• 터미널은 4개의 영역으로 나눈 뒤에, 각각 다음의 명령어를 실행한다

  

• roscore 마스터의 실행

• rosrun turtlesim turtlesim_node turtlesim 노드 실행

• rosrun turtlesim turtle_teleop_key 키보드로 turtlesim를 제어할 수 있는 노드 실행

• 다음의 명령어를 실행할 수 있다
  • rqt_graph 시각적으로 노드 및 토픽 흐름 확인하기

    

  • rosnode list 노드 목록 확인

    

  • rostopic list 토픽 목록 확인

    

  • rostopic list -v 토픽 목록 자세히 보기

    

  • rostopic echo /turtle1/cmd_vel 특정 토픽의 메시지 리스닝하기

    

  • rostopic type /turtle1/cmd_vel 특정 토픽의 메시지 타입 보기

    

  • rosmsg show geometry_msgs/Twist 특정 메시지의 형식 보기

    

  • rostopic pub -1 /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/Twist -- '[2.0, 0.0, 0.0]' '[0.0, 0.0, 1.8]' 1회성으로 토픽을 발행해보기

    

  • rostopic pub /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/Twist -r 1 -- '[2.0, 0.0, 0.0]' '[0.0, 0.0, 1.8]' 지속적으로 토픽을 발행해보기

    

 

 

5. 커스텀 패키지 제작

1. 패키지 생성

• 아래의 명령어로 새로운 패키지를 생성한다

  cd ~/${WORK_SPACE_NAME}/src # cd ~/ros_ws/src
  catkin_create_pkg ${PACKGE_NAME} std_msgs rospy # catkin_create_pkg init_pkg std_msgs rospy
  cd ~/${WORK_SPACE_NAME} # cd ~/ros_ws
  catkin_make

• 아래의 명령어로 패키지가 제대로 생성되었는지 확인한다
  • rospack list | grep init_pkg

    

  • rospack find init_pkg

    

  • rospack depends1 init_pkg

    

2. 파일 작성

• ~/ros_ws/src/init_pkg/src 폴더 하위에 talker.py와 listener.py 작성

  #!/usr/bin/env python
  # license removed for brevity
  import rospy
  from std_msgs.msg import String
  from geometry_msgs.msg import Twist
  
  def talker():
      pub = rospy.Publisher('/turtle1/cmd_vel', Twist, queue_size=10)
      rospy.init_node('talker', anonymous=True)
      rate = rospy.Rate(10) # 10hz
      msg = Twist()
      msg.linear.x = 2.0
      msg.linear.y = 0.0
      msg.linear.z = 0.0
      msg.angular.x = 0.0
      msg.angular.y = 0.0
      msg.angular.z = 1.8
  
      while not rospy.is_shutdown():
          rospy.loginfo(msg)
          pub.publish(msg)
          rate.sleep()
  
  if __name__ == '__main__':
      try:
          talker()
      except rospy.ROSInterruptException:
          pass

  #!/usr/bin/env python
  import rospy
  from std_msgs.msg import String
  from turtlesim.msg import Pose
  
  def callback(data):
      rospy.loginfo(rospy.get_caller_id() + ":: %.2f %.2f", data.x, data.y)
  
  def listener():
      rospy.init_node('listener', anonymous=True)
  
  rospy.Subscriber("/turtle1/pose", Pose, callback)
  
  rospy.spin()
  
  if __name__ == '__main__':
  listener()

• cpp 관련 코드는 다음과 같이 작성하면 된다

  #include "ros/ros.h"
  #include "std_msgs/String.h"
  #include "geometry_msgs/Twist.h"
  
  #include <sstream>
  
  int main(int argc, char **argv)
  {
      ros::init(argc, argv, "talker");
      ros::NodeHandle n;
  
      ros::Publisher chatter_pub = n.advertise<geometry_msgs::Twist>("/turtle1/cmd_vel", 1);
      ros::Rate loop_rate(1);
  
      while (ros::ok())
      {
          geometry_msgs::Twist msg;
          msg.linear.x = 2.0;
          msg.linear.y = 2.0;
          msg.linear.z = 2.0;
  
          msg.angular.x = 0.0;
          msg.angular.y = 0.0;
          msg.angular.z = 1.8;
  
          chatter_pub.publish(msg);
          loop_rate.sleep();
      }
  
  
      return 0;
  }

  #include "ros/ros.h"
  #include "std_msgs/String.h"
  #include "turtlesim/Pose.h"
  #include <iostream>
  
  void chatterCallback(turtlesim::Pose msg)
  {
      ROS_INFO("[L] %.4f, %.4f", msg.x, msg.y);
  }
  
  int main(int argc, char **argv)
  {
      ros::init(argc, argv, "listener");
  
      ros::NodeHandle n;
  
      ros::Subscriber sub = n.subscribe<turtlesim::Pose>("/turtle1/pose", 1000, chatterCallback);
  
      ros::spin();
  
      return 0;
  }

• 스크립트를 실행해서 정상적으로 진행하는지 확인한다
  • python talker.py

    

  • python listener.py

    

 

 

6. 실행

1. rosrun를 통한 실행

• chmod +x *.py로 해당 파일에 실행권한을 추가한 후, ll 명령어로 확인한다

  

• 위에 한 것과 같이, 터미널을 4개 영역으로 나누어 실행한 뒤 각각 명령어를 입력한다.
  • roscore 마스터의 실행
  • rosrun turtlesim turtlesim_node turtlesim 노드 실행
  • rosrun init_pkg talker.py 거북이를 회전하게 만드는 노드 실행행
  • rosrun init_pkg listener.py /turtle1/pose 정보를 받아오는 노드 실행행

2. roslaunch를 통한 실행

• ~/ros_ws/src/init_pkg/launch 폴더 생성 후 talk-listen.launch 작성

  <launch>
      <node pkg="turtlesim" type="turtlesim_node" name="turtlesim_node"/>
      <node pkg="init_pkg" type="talker.py" name="talk_node"/>
      <node pkg="init_pkg" type="listener.py" name="listen_node" output="screen"/>
  </launch>

• roslaunch init_pkg talk-listen.launch로 실행

  

3. param를 적용한 roslaunch 실행

• ~/ros_ws/src/init_pkg/launch 폴더 하위에 talk-listen-param.launch 작성

  <launch>
      <node pkg="turtlesim" type="turtlesim_node" name="turtlesim_node"/>
      <node pkg="init_pkg" type="talk_param.py" name="node_param">
          <param name="circle_size" value="5" />
      </node>
      <node pkg="init_pkg" type="listener.py" name="listen_node" output="screen"/>
  </launch>

• ~/ros_ws/src/init_pkg/src 폴더 하위에 talk_param.py 작성

  #!/usr/bin/env python
  # license removed for brevity
  import rospy
  from std_msgs.msg import String
  from geometry_msgs.msg import Twist
  
  def talker():
      pub = rospy.Publisher('/turtle1/cmd_vel', Twist, queue_size=10)
      rospy.init_node('talker', anonymous=True)
      rate = rospy.Rate(10) # 10hz
      msg = Twist()
      # msg.linear.x = 2.0
      linear_X = rospy.get_param('~circle_size')
      msg.linear.x = linear_X
      msg.linear.y = 0.0
      msg.linear.z = 0.0
      msg.angular.x = 0.0
      msg.angular.y = 0.0
      msg.angular.z = 1.8
  
      while not rospy.is_shutdown():
          rospy.loginfo(msg)
          pub.publish(msg)
          rate.sleep()
  
  if __name__ == '__main__':
      try:
          talker()
      except rospy.ROSInterruptException:
          pass

• chmod +x talk_param.py로 실행 권한 주기

• roslaunch init_pkg talk-listen-param.launch로 실행