Dronecode と ROS の概要
シミュレーション環境のセットアップとその内容
日本 Android の会 ドローン WG くまだす
2015/7/20 ABC2015Summer

対象
● Dronecode をほとんど知らないけれど興味がある
● ROS を知らない、触ったことがない
● Linux の基本的なコマンドの扱い方は知っている

自己紹介
● くまだす (Hiroshi Sakate)
●
自称 組込み屋さん
●
所属
– 日本 Android の会 ドローン WG
– 日本 Android の会 神戸支部
– Yocto Project Japan
– Tizen Japan コンソーシアム
●
ドローンとの関わり
– 触ったことがありません
– 学生の時に制御理論の研究室だったので姿勢制御に興味あり

このセッションでできるようになること
●
風の日でも雨の日でもドローンを飛ばせる
– ※PC の画面の中で
●
シミュレーション環境を整えゲームのコントローラーでドローンを操縦で
きる
● ROS がどういったプロジェクトか理解できる
● ROS の簡単なコマンドを操作できる
●
補足
– Dronecode 初心者の私が詰まった箇所も含めて紹介
– Dronecode に興味を持つきっかけの提供

流れ
1.シミュレーション環境 (SITL) の概要
2.シミュレーション環境のセットアップ
3.デモ
4.ROS の概要
5.SITL の中身を少し覗いてみる

1. シミュレーション環境（ SITL ）の概要

Dronecode プロジェクトの全体像
●
今回見ていくのは
たくさんあるうちの
ごく一部
● Off Vehicle の
Simulators の中の SITL
引用元： https://www.dronecode.org

PX4 プロジェクトの全体像
● 大きく 2 つあるプロジェクト
のうち PX4 を扱う
– もうひとつは
APM/ArduPilot
●
実機の代わりにシミュレー
ションを使う
● 上位層は MAVLink で通信
● ROS から飛行指示が可能
引用元： https://www.dronecode.org

SITL と HITL とは
● SITL : Simulation in the loop
– ホスト PC 上ですべての計算を実機無しで行う
– 新しいアルゴリズムや制御則のテストに向いている
– ハードウェアのタイミングや制限（スタックサイズなど）を考慮できない。
● HITL : Hardware in the loop
– SITL と違い実機を使用する。
– シミュレートされたセンサーデータを流し、制御信号を取り出す。
– 通信速度の都合で USB 接続で使用、無線では使用してはいけないと
されている。

シミュレーション環境（ SITL ）の構成
●
ネイティブ環境が推奨されていますが、手軽さを重視して仮想
環境を使用します。
●
必要な機材
– そこそこの性能の Linux PC
– Xbox360 の USB コントローラ
●
使用した主なソフトウェア
– Ubuntu
– Docker
– ROS
Host OS : Ubuntu 14.04
Docker
Guest OS : Ubuntu 14.04
ROS
Gazebo
xboxdrv

2. シミュレーション環境のセットアップ

はじめに
●
以降の手順は下記のページを参考にしたものです。
– Automated SITL setup
– https://pixhawk.org/dev/ros/automated_sitl
● OS イメージ、開発環境、ソースコードなどのダウンロードが必
要なため容量制限のある回線では気をつけてください。
● ゲスト OS は画面なしで起動しますが、 X サーバ使ってホスト
上でウィンドウが開きます。

Docker のインストール
●
インストール
– 手順通り、といっても 1 行。
http://docs.docker.com/linux/started/
● $ wget -qO- https://get.docker.com/ | sh
– 中でグループを追加しているので、このあとログインしなおし
たほうが良いかもしれない。
●
動作確認
– $ docker run hello-world

X サーバの公開
● まず X サーバへのアクセスを許可する。
– $ xhost +
– 調べるとセキュリティ的にはかなり危ないようなので、自分で
調べてください。
● X サーバはすぐには使わないですが後々使います。

Docker 上で Ubuntu の立ち上げ
● $ sudo docker run --privileged -v "/tmp/.X11-unix:/tmp/.X11-unix:ro"
-e DISPLAY=$DISPLAY --name=sitl -it px4io/px4-ros-full bash
– 長いコマンド
– イメージのダウンロードとセットアップが走るので結構時間がかかる
● --name=sitl
– sitl という名前のコンテナを作る
● px4io/px4-ros-full
– dockerhub で公開されている SITL 用のイメージを使用する
● bash
– bash を開く

SITL のビルドの前に
● 手順通りに進めると次の手順でゲスト OS 上に unzip が無いと
怒られるので、事前にインストールしておく。 (2015/7/11 現在 )
– # apt-get install unzip

SITL のソース取得・ビルド
●
セットアップスクリプトの実行
– # cd /sitl
– # ./setup-workspace.bash
●
実行される内容
– 作業ディレクトリの作成
– 使用するリポジトリ (5 個 ) のチェックアウト
– ビルド

参考 :unzip のエラーからの復帰方法
● unzip が無いと怒られた場合は unzip インストール後に以下を実行してく
ださい。
– # export ROS_PARALLEL_JOBS=
– # cd /sitl/catkin_ws
– # source devel/setup.bash
– # catkin_make
● setup-workspace.bash の再実行では下記メッセージで処理が進まない。
– File "/sitl/catkin_ws/src/CMakeLists.txt" already exists
● setup-workspace.bash の最終行の catkin_make で unzip が必要なた
め必要な環境変数を設定した上で catkin_make を実行している。

シミュレータの起動
● ここまでで SITL のセットアップ完了。
●
起動は下記コマンド
– # source devel/setup.bash
– # roslaunch px4 gazebo_iris_empty_world.launch
● X サーバを使ってホストのウィンドウとして表示される。
●
ただし、このままではドローンが操作できない。

Xbox360 コントローラの設定
●
※ このページはホスト環境での作業
● PPA でドライバをインストール
– $ sudo apt-add-repository ppa:rael-gc/ubuntu-xboxdrv
– $ sudo apt-get update && sudo apt-get install ubuntu-
xboxdrv
●
なぜかこれではうまく認識しないのでデーモンを止めて手動で
ドライバ？を起動する
– $ sudo service xboxdrv stop
– $ sudo xboxdrv

Xbox360 コントローラ認識結果
デーモンを止める前 デーモンを止めた後

操作方法
● ARM （プロペラを回す）
– 2 本のスティックを→←と内側に倒す
● DISARM （プロペラを止める）
– 2 本のスティックを←←と左へ倒す
●
移動
– 右スティック左右：下降・上昇
– 右スティック上下：水平移動
– 左スティック左右：旋回
– 右アナログトリガ：水平移動（えっ？）
●
モード切り替え
– X ：オート？、 A ：マニュアル？、 B ：マニュアル？

キーアサインの変更
● 2 つの変更方法
– jstest-gtk を使う
– launch ファイルに設定を書いてアサインを変更

ワールドの切り替え
● roslaunch の際に launch ファイルにべつのファイルをシテイす
ると機体やワールドが切り替わる
– # roslaunch px4 gazebo_ardrone_house_world.launch

終了と再開
●
終了（正しくないような気がする）
– 3D の絵が出ているウィンドウを × で閉じる
– roslaunch したターミナルで Ctr-C してしばらく (5 〜 10 秒くらい )
待つ
– roslaunch したターミナルで Ctr-D で bash を閉じる
– $ docker stop sitl
●
再開
– $ docker start sitl
– $ docker exec -it sitl bash
– # roslaunch px4 gazebo_iris_empty_world.launch

3. デモ

4.ROS の概要

ROS について
● ROS ： Robot operating system
– ロボットのソフト開発のための柔軟なフレームワーク
– ハードウェア抽象化、デバイスドライバ、ライブラリ、視覚化ツ
ール、メッセージ通信、パッケージ管理などを提供
– BSD ライセンス

catkin_make
● ROS のオフィシャルのビルドシステム
– もともと rosbuild だったがこれの後継
● Catkin : 尾状花序
– 猫のしっぽみたいな形の小さい
花の集まり
– ROS の開発をしていた
Willows （ヤナギ） Garage 社に
ちなんで名付けられた
"P3240141". Licensed under CC BY-SA 3.0 via Wikimedia Commons -
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:P3240141.JPG#/media/File:P3240141.JPG

Roslaunch
● 例： roslaunch px4 gazebo_iris_empty_world.launch
● launch ファイルに記述した設定で起動する
● launch ファイル
– XML で記述
– ちゃんと理解できていないけれど、様々なパラメータ（ワール
ド、機体、キーマップ）を設定している

新しいコマンド
● rospack find roscpp
– roscpp という名前のパッケージを探す
● roscd roscpp
– roscpp パッケージのディレクトリへ移動する
● rosls glog_catkin
– glog_catkin パッケージのディレクトリの内容を確認する
●
特徴
– タブ補完ができる
– $ROS_PACKAGE_PATH に指定されたパス以下にあれば場所を意識せずに扱える
● /opt/ros/indigo/share/roscpp
● /sitl/catkin_ws/src/glog_catkin

5.SITL の中身を少し覗いてみる

チェックアウトしたコード（ 1/2 ）
● Firmware
– PX4 のフライトコアとミドルウェア
● catkin_simple
– catkin の便利パッケージみたい
– ROS のパッケージでは依存関係について記述する必要があるが、
その記述を簡略化できる
● glog_catkin
– Google glog(Google のログ記録用マクロ集 ) を catkin で使用で
きるようにしたパッケージ。
– catkin_simple と unzip に依存

チェックアウトしたコード（ 2/2 ）
● mav_comm
– MAV で使用されるメッセージとサービスが定義するパッケー
ジ
● rotors_simulator
– MAV gazebo シミュレータの 1 つ。
– いくつかのマルチローターのモデルを提供
– センサーのシミュレーション、実装例としての制御器やワー
ルド、ジョイスティックインタフェース、 launch ファイルの例な
ども含む

依存関係の解決
● rosdep コマンド（ ROS の依存解決を行うコマンド）で不足パッ
ケージや不足しているシステムのアプリケーションを取得でき
る、はず
– package.xml に依存関係を記述
– unzip もここに記述されているが、他のパッケージで依存関
係の解決ができずに unzip がインストールされないのだと
考えられる。
– とりあえず unzip を手動でインストールすることで解決

Firmware
●
姿勢推定や制御コードがこの辺りにありそう
● Firmware/src/modules/
– attitude_estimator_ekf
– attitude_estimator_q
– attitude_estimator_so3
– ekf_att_pos_estimator
– mc_att_control
– mc_att_control_multiplatform
– mc_pos_control
– mc_pos_control_multiplatform
●
独自の制御器を実装した場合でもシミュレーションで動作確認ができそう

さいごに
● Dronecode はまだまだ始まったばかり
●
シミュレーションから始めて興味のあるところを掘り下げていた
だければと思います。