20150708 ros seminar_in_busan_korea

ROS Seminar
@ Dong-a University, Busan
표윤석
2015/07/08
www.facebook.com/yoonseok.pyo
로봇 운영체제
ROS
세미나!

로봇 운영체제 ROS 개론
ROS Seminar @ Busan
표윤석
Section 1
2015/07/08

http://www.rosewill.com/, http://www.samsung.com/global/business/mobile/product/smartphone
Personal Computer Smartphone
6

http://www.techpowerup.com/, http://global.samsungtomorrow.com/
8

http://en.wikipedia.org/wiki/Linux, https://www.apple.com/, http://windows.microsoft.com/, The icons are trade mark of each company
iOS 8
9

Iron Man (2008 film) - Wikipedia
Are you actually a genius?
13

[1983년 최초 상용 핸드폰(?) 모토로라 DynaTAC 8000 와 개발자 Martin Cooper, 점점 발전하는 휴대전화]
http://blog.cartoys.com/date/2013/04/, https://line.do/the-evolution-of-cell-phones/r5q4ui/vertical 15

Photographed by Daniel Case, GNU Free Documentation License
Platform ?
17

Photographed by Daniel Case, GNU Free Documentation License
Platform
?
18

19http:// ros.org kr.forwallpaper.com http://www.softbank.jp/en/corp/group/sbr/ http://www.opros.or.kr/ http://www.openrtm.org/

20http:// ros.org kr.forwallpaper.com http://www.softbank.jp/en/corp/group/sbr/ http://www.opros.or.kr/ http://www.openrtm.org/ http://schools-wikipedia.org/
Galapagos

21http:// ros.org kr.forwallpaper.com http://www.softbank.jp/en/corp/group/sbr/ http://www.opros.or.kr/ http://www.openrtm.org/ http://schools-wikipedia.org/
Galapagos

http://www.greaterlasvegashomes.com/files/2014/09/soccer-stadium-.jpg 24

http://www.wallpaper505.com/the-best-world-football-players-2014-2015-best-desktop-wallpaper.html 25

ROS is an open-source, meta-operating system for
your robot. It provides the services you would expect
from an operating system, including hardware abstr
action, low-level device control, implementation of c
ommonly-used functionality, message-passing betw
een processes, and package management. It also pr
ovides tools and libraries for obtaining, building, writ
ing, and running code across multiple computers.
http://www.ros.org/wiki/
http://www.ros.org/news/ 28

http://www.ros.org/about-ros/ 29

로보틱스 소프트웨어 개발을 전세계 레벨에서
공동 작업 가능하도록 환경을 구축하는 것!
http://imgfave.com/ 30

iOS
디바이스 드라이버, 라이브러리, 디버그 도구, 메시지 통신
구동 도구, 컴파일 도구, 인스톨러, 패키지 생성 및 릴리즈
34

컴퓨터 → 스마트폰 → 로봇
39

40

41

APP
ROS
ROBOT, SENSOR
2014 Metrics 자료, http://download.ros.org/downloads/metrics/metrics-report-2014-07.pdf, http://wiki.ros.org/Robots, http://www.ros.org/is-ros-for-me/
개발자, 유저
로봇, 센서 회사
42

http://wiki.ros.org/Distributions 43
?

Switchyard
ROS
ROS 1.0
2007 2007.11 2010.01.22 2010.03.02 2010.08.02 2011.03.02 2011.08.30 2012.04.23 2012.12.31
Box Turtle C Turtle Diamondback Electric Emys Fuerte Turtle Groovy Galapagos
2013.09.04 2014.07.22
Hydro Medusa Indigo Igloo
2015.05.23
B C D E F
G H I
http://wiki.ros.org/Distributions
Jade Turtle
J
Kinetic
Kame
2016.05.xx
44

http://www.dreamstime.com/illustration/people-talk-listen-tin-can-phone-communication.html
발행자 구독자
Topic Publisher Subscriber
Topic
엔코더 SLAM(위치정보 X, Y, θ)
Publisher
Subscriber
Topic
거리센서
로봇A
(장애물 X, Y)
Subscriber
로봇B
하나의 Topic 에 대해
복수의 발행자, 복수의 구독자도 가능함
51

http://www.dreamstime.com/illustration/people-talk-listen-tin-can-phone-communication.html
서버 클라이언트
서비스 응답
서버 클라이언트
서비스 요청
어이~ 서버!
지금 몇 시야?
지금 몇 시냐고?
알아볼게~
지금 12:00시야!
52

마스터
노드1 노드2
노드 정보노드 정보
접속 정보
메시지 통신
(토픽, 서비스)
54

마스터
XMLRPC: 서버
http://ROS_MASTER_URI:11311
노드 정보 관리
55

마스터
노드2
XMLRPC: 서버
구독자 노드 정보:
/subscriber_node_name,
/topic_name,
message_type,
http://ROS_HOSTNAME:1234
XMLRPC: 클라이언트
정보 구독
56

마스터
노드1 노드2
구독자 노드 정보
XMLRPC: 서버
발행자 노드 정보:
/publisher_node_name,
/topic_name,
message_type,
정보 발행
57

마스터
노드1 노드2
구독자 노드 정보
/publisher_node_name,
/topic_name,
message_type,
XMLRPC: 서버
정보 구독
발행자 노드 정보
58

마스터
노드1 노드2
정보 구독
TCPROS 접속 요청
XMLRPC: 서버
정보 발행
59

마스터
노드1 노드2
정보 구독
TCPROS 접속 응답
XMLRPC: 서버
정보 발행
(http://ROS_HOSTNAME:3456)
60

마스터
노드1 노드2
TCPROS : 클라이언트
ROS_HOSTNAME:7890
정보 구독
TCPROS 접속
TCPROS: 서버
ROS_HOSTNAME:3456
정보 발행
61

마스터
노드1 노드2
ROS_HOSTNAME:7890
정보 구독
TCPROS: 서버
ROS_HOSTNAME:3456
정보 발행 메시지 전송
(토픽)
62

노드1 노드2
ROS_HOSTNAME:7890
정보 구독
TCPROS: 서버
ROS_HOSTNAME:3456
정보 발행
메시지 전송
(토픽)
63

마스터
노드1 노드2
ROS_HOSTNAME:7890
서비스 요청
TCPROS: 서버
ROS_HOSTNAME:3456
서비스 응답 메시지 송/수신
(서비스)
64

노드1 노드2
ROS_HOSTNAME:7890
서비스 요청
TCPROS: 서버
ROS_HOSTNAME:3456
서비스 응답
메시지 수신
(서비스 응답)
메시지 송신
(서비스 요청)
65

roscore
http://192.168.4.100:50051
turtlesim_node 노드
정보 구독
http://192.168.4.100:45704
turtle_teleop_key 노드
정보 발행
메시지 전송
/turtle1/cmd_vel
/teleop_turtle,
/turtle1/cmd_vel,
geomety_msgs/Twist,
http://192.168.4.100:45704
/teleop_turtle,
/turtle1/cmd_vel,
geomety_msgs/Twist,
http://192.168.4.100:45704
구독자 노드 정보:
/turtlesim,
/turtle1/cmd_vel,
geomety_msgs/Twist,
http://192.168.4.100:50051
마스터
http://192.168.4.100:11311
← ↑↓ →
④
①②
③
67

72http://www.ros.org/core-components/

ROS 를 활용한
SLAM과 내비게이션
ROS Seminar @ Busan
표윤석
Section 2
2015/07/08

뭐야? OTL...
더 어려워 보이잖아!
ㅡㅡ;;
86

좀~ 쉽게 갑시다!
길 찾기
어때요?
87

Wikimol, CC BY-SA 3.0
길 「명사」
1. 사람이나 동물 또는 자동차 따위가 지나
갈 수 있게 땅 위에 낸 일정한 너비의 공간.
2. 물 위나 공중에서 일정하게 다니는 곳.
3. 걷거나 탈것을 타고 어느 곳으로 가는 노
정(路程).
-국립국어원 표준국어대사전-
88

Ciaran Griffin, http://www.gettyimages.com
길 「명사」
1. 사람이나 동물 또는 자동차 따위가 지나
갈 수 있게 땅 위에 낸 일정한 너비의 공간.
2. 물 위나 공중에서 일정하게 다니는 곳.
3. 걷거나 탈것을 타고 어느 곳으로 가는 노
정(路程).
-국립국어원 표준국어대사전-
89

나침반도 없고
지도도 없다면 ?
90

http://www.pinterest.com/jerodor/cagaduisimo/ 91

Big Dipper, by Magnus Manske, Public Domain
pixabay.com, CC0
92

상상해 보세요!
어둠 속 길 찾기
93

로봇의 길 찾기
(이제부터는 성실히 풀어가 볼게요.)
94

A에서 B까지
가자!
장애물은
피해서…
무사히 도착!
95

A에서 B까지
가자!
장애물은
피해서…
무사히 도착!
① 위치: 로봇의 위치 계측/추정하는 기능
② 센싱: 벽, 물체 등의 장애물의 계측하는 기능
③ 지도: 길과 장애물 정보가 담긴 지도
④ 경로: 목적지까지 최적 경로를 계산하고 주행하는 기능
96

StarGazer Vicon MXEstimote (Beacon)
97

pixabay.com, CC0
 로봇은 길을 찾아가기 위해 지도가 필요하다!
 지도
• 도로와 같은 기반 시설의 경우 디지털 지도 OK!
• 병원, 카페, 회사, 가정 내의 지도?
• 탐사, 붕괴된 위험 지역의 지도?
101

pixabay.com, CC0
 로봇은 길을 찾아가기 위해 지도가 필요하다!
 지도
• 도로와 같은 기반 시설의 경우 디지털 지도 OK!
• 병원, 카페, 회사, 가정 내의 지도?
• 탐사, 붕괴된 위험 지역의 지도?
 지도?
없으면 만들자!
 SLAM
(Simultaneous Localization And Mapping)
여긴 어디? 지도 만들자같이
102

https://students.cs.byu.edu/~cs470ta, http://vimeo.com/3423169 103

pixabay.com, CC0, www.willowgarage.com CC BY 3.0
① 위치 ② 센싱 ③ 지도 ④ 경로
104

① 위치 ② 센싱 ③ 지도 ④ 경로
위치+센싱 → 지도 위치+센싱+지도 → 경로
SLAM Navigation
105pixabay.com, CC0, www.willowgarage.com CC BY 3.0

https://www.openslam.org/gmapping.html 107

$ sudo apt-get install ros-indigo-kobuki* ros-indigo-gmapping ros-indigo-navigation
$ sudo apt-get install ros-indigo-urg-node
$ cd ~/catkin_ws/src
$ git clone https://github.com/oroca/oroca-ros-pkg.git
$ cd ~/catkin_ws && catkin_make
109

$ roscore
$ roslaunch kobuki_node minimal.launch
$ sudo chmod a+rw /dev/ttyACM0
$ roslaunch kobuki_slam kobuki_slam.launch
$ rosrun rviz rviz -d `rospack find kobuki_slam`/rviz/kobuki_slam.rviz
$ roslaunch kobuki_keyop safe_keyop.launch
$ rosrun map_server map_saver
110

111
https://youtu.be/XB1s0Y4oFJI

2차원 점유 격자 지도(OGM, Occupancy Grid Map)
• 흰색 = 로봇이 이동 가능한 자유 영역 (free area)
• 흑색 = 로봇이 이동 불가능한 점유 영역 (occupied area)
• 회색 = 확인되지 않은 미지 영역 (unknown area) 112

SLAM, Navigation 은 기본 기능이고
상위에 서비스 또는 모바일 로봇 자체를 하고 싶다고요?
그렇다면 SLAM, Navigation 은 그대로 쓰시고
좀 더 시간을 원하시는 부분에 투자하세요.
세상에 없는 유니크한 당신만의 로봇을 기대해 봅니다.
114

SLAM, Navigation 을 더 공부하고 싶다고요?
모든 소프트웨어는 오픈 소스 입니다.
마음껏 보고, 이해해 보고, 기능도 추가하며
공부해 보세요. 이보다 더 좋은 교과서는 없습니다.
115

http://en.wikipedia.org/wiki/Kalman_filter, CC0 117

S. Thrun, W. Burgard, and D. Fox. Probabilistic Robotics. MIT Press, Cambridge, MA, 2005. 118

120http://wiki.ros.org/navigation

121
https://youtu.be/xCRsszVAP1E

∆𝑡𝑡 � 𝑎𝑎 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚
∆𝑡𝑡 � 𝑎𝑎 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚
Dynamic Window
𝑣𝑣
𝜔𝜔
D. Fox, W. Burgard and S. Thrun, The dynamic window approach to collision avoidance, IEEE Robotics & Automation Magazine 122

SLAM, Navigation 을 더 공부하고 싶다고요?
모든 소프트웨어는 오픈 소스 입니다.
마음껏 보고, 이해해 보고, 기능도 추가하며
공부해 보세요. 이보다 더 좋은 교과서는 없습니다.
126

로봇 암 모델링과
MoveIt! 사용법
ROS Seminar @ Busan
표윤석
Section 3
2015/07/08

http://www.hottoys.com.hk/ 133

다들 너무 영화 많이 보셨어요~
그나마 로봇 암은 현실적이죠!
134

세계 최초 산업용로봇 유니메이트(unimate), 1961
내가
할아버지
급이지~
http://en.wikipedia.org/wiki/Unimate 135

원통좌표형
극좌표형
직교좌표형
수평다관절형(SCARA형) 수직다관절형
http://www.ait.kyushu-u.ac.jp/ 137

원통좌표형
극좌표형
직교좌표형
수평다관절형(SCARA형) 수직다관절형
오늘 세미나에서
다룰 녀석
138http://www.ait.kyushu-u.ac.jp/

http://www.robotis.com/
6th axis
5th axis
4th axis
3rd axis
2nd axis
1st axis
관절
(revolute joint)
링크(link)
139

http://www.theroboticschallenge.org/http://www.robotis.com/
안녕!
6th axis
5th axis
4th axis
3rd axis
2nd axis
1st axis
관절
(revolute joint)
링크(link)
140

141
CHIMP
(TARTAN RESCUE)
Aero DRC
(TEAM AERO)
HRP2+
(TEAM AIST-NEDO)
DRC-Hubo
(TEAM DRC-HUBO AT UNLV)
Cog-Burn
(TEAM GRIT)
Johnny 05
(TEAM HECTOR)
Atlas
(TEAM HKU)
HRP-2
(Team HRP2-Tokyo)
Running Man
(Team IHMC Robotics)
Xing Tian
(Team Intelligent Pioneer)
DRC-HUBO
(Team KAIST)
Helios (Atlas)
(Team MIT)
Hydra
(Team NEDO-Hydra)
JAXON
(Team NEDO-JSK)
Momaro
(Team NimbRo Rescue)
RoboSimian
(Team RoboSimian)
THORMANG
(Team ROBOTIS)
THORMANG
(Team SNU)
THOR-RD
(Team THOR)
Hercules
(Team TRAC Labs)
LEO
(Team TROOPER)
ESCHER
(Team VALOR)
Florian
(Team ViGIR)
WALK-MAN
(Team WALK-MAN)
WARNER
(Team WPI-CMU)
http://www.theroboticschallenge.org/teams

144
https://youtu.be/4VtDHWiN0as

로봇 암 제어?
그리 호락호락한 녀석은 절대 아님!
145

로봇 암 제어?
그리 호락호락한 녀석은 절대 아님!
근데! 판이 바뀌었다!
등장！(^^)/
146

그래도, 기초는 알고 가자!
147

x
y
z
3차원 공간
저기!
(x,y,z)
작업 공간(work space): 말단 장치의 위치(x, y, z)와 자세(θ, φ, ψ)로 표현한 공간
149

http:// www.neo-tex.com
x
y
z
3차원 공간
저기!
(x,y,z)
http://www.robotis.com/
제 뭐래?
각도 값으로 주세요. ^^;;
(θ1, θ2,… θ 6)
작업 공간(work space): 말단 장치의 위치(x, y, z)와 자세(θ, φ, ψ)로 표현한 공간
6th axis
5th axis
4th axis
3rd axis
2nd axis
1st axis
관절 공간(joint space): 관절의 각 각도(θ1，θ2，θ3，...)로 표현한 공간
150

http://www.tbotech.com/sodacansafe.htm
x
y
z
위치(x, y, z)
자세(θ, φ, ψ)
roll(θ)
pithch(φ) yaw(ψ)
6개의 변수로
물체의 위치/자세가 표현 가능
= 6자유도로 표현가능
151

x
y
z
위치(x, y, z)
자세(θ, φ, ψ)
roll(θ)
pithch(φ) yaw(ψ)
6th axis
5th axis
4th axis
3rd axis
2nd axis
1st axis
http://www.robotis.com http://www.tbotech.com/sodacansafe.htm
6개의 변수로
물체의 위치/자세가 표현 가능
= 6자유도로 표현가능
6개의 변수로
로봇의 말단 장치의 위치,자세가 결정
= 6자유도를 갖는다
152

고생들 하셨습니다!
156

좀 쉽게 갑시다.
모션 플래닝 패키지
고생들 하셨습니다!
157

158
https://youtu.be/dblCGZzeUqs

159http://wiki.ros.org/ROS/Patterns/RobotModelling

URDF(Universal Robot Description Format) → RViz
SRDF(Semantic Robot Description Format) → MoveIt!
SDF(Simulation Description Format) → Gazebo
URDF
160http://wiki.ros.org/ROS/Patterns/RobotModelling

$ catkin_create_pkg testbot_description urdf
$ cd testbot_description
$ mkdir urdf
$ cd urdf
$ gedit testbot.urdf
기저 링크1
링크2
링크3
말단장치
관절1
관절2
관절3
링크4
161
(전문) https://github.com/oroca/rosbook_robot_arm/
blob/master/testbot_description/urdf/testbot.urdf

기저 링크1
링크2
링크3
말단장치
관절1
관절2
관절3
링크4
<link name="link1">
<collision>
<origin rpy="0 0 0" xyz="0 0 0.25"/>
<geometry>
<box size="0.1 0.1 0.5"/>
</geometry>
</collision>
<visual>
<origin rpy="0 0 0" xyz="0 0 0.25"/>
<geometry>
<box size="0.1 0.1 0.5"/>
</geometry>
<material name="black"/>
</visual>
<inertial>
<origin rpy="0 0 0" xyz="0 0 1.0"/>
<mass value="1"/>
<inertia ixx="1.0" ixy="0.0" ixz="0.0" iyy="1.0" iyz="0.0" izz="1.0"/>
</inertial>
</link>
162

기저 링크1
링크2
링크3
말단장치
관절1
관절2
관절3
링크4
<joint name="joint2" type="revolute">
<parent link="link2"/>
<child link="link3"/>
<origin rpy="0 0 0" xyz="0 0 0.75"/>
<axis xyz="0 1 0"/>
<limit effort="30" lower="-2.617" upper="2.617" velocity="1.571"/>
</joint>
163

$ check_urdf testbot.urdf
robot name is: test_robot
---------- Successfully Parsed XML ---------------
root Link: base has 1 child(ren)
child(1): link1
child(1): link2
child(1): link3
child(1): link4
$ urdf_to_graphiz testbot.urdf
Created file test_robot.gv Created file test_robot.pdf
164

<launch>
<arg name="model" default="$(find testbot_description)/urdf/testbot.urdf" />
<arg name="gui" default="True" />
<param name="robot_description" textfile="$(arg model)" />
<param name="use_gui" value="$(arg gui)"/>
<node pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher“name="joint_state_publisher" />
<node pkg="robot_state_publisher" type="state_publisher“name="robot_state_publisher" />
</launch>
$ roslaunch testbot_description testbot.launch
$ rosrun rviz rviz
165

167
https://youtu.be/pLG6DGtFoOg

(Jorge Santos, CC BY 3.0)
$ git clone https://github.com/turtlebot/turtlebot_arm.git
168

$ roslaunch turtlebot_arm_description test.launch
$ rosrun rviz rivz
169
https://youtu.be/ZgrUVjANkBQ

http://moveit.ros.org/documentation/concepts/
171

$ roslaunch moveit_setup_assistant setup_assistant.launch
172

$ roslaunch turtlebot_arm_moveit_config turtlebot_arm_moveit.launch
182

183
https://youtu.be/5rMv3ZDyFwQ

$ sudo apt-get install ros-indigo-dynamixel*
$ sudo apt-get install ros-indigo-arbotix*
$ roslaunch turtlebot_arm_bringup arm.launch --screen
$ roslaunch turtlebot_arm_moveit_config turtlebot_arm_moveit.launch sim:=false –screen
185

<?xml version="1.0"?>

<robot name="turtlebot" xmlns:xacro="http://ros.org/wiki/xacro">
<xacro:include filename="$(find turtlebot_description)/urdf/turtlebot_library.urdf.xacro" />
<include filename="$(find turtlebot_arm_description)/urdf/arm.xacro" />
<turtlebot_arm parent="base_link" color="white" gripper_color="green"
joints_vlimit="1.571" pan_llimit="-2.617" pan_ulimit="2.617">
<origin xyz="0.12 0 0.42"/>
</turtlebot_arm>
<kobuki/>
<stack_hexagons parent="base_link"/>
<sensor_kinect parent="base_link"/>
</robot>
186

국내 유일! 최초! ROS 책
비 영어권 최고의 책
인세 전액 기부
여기서! 광고 하나 나가요~

여기서! 광고 둘 나가요~
• 오로카
• www.oroca.org
• 오픈 로보틱스 지향
• 풀뿌리 로봇공학의 저변 활성화
• 열린 강좌, 세미나, 프로젝트 진행
• 로봇공학을 위한 열린 모임 (KOS-ROBOT)
• www.facebook.com/groups/KoreanRobotics
• 로봇공학 통합 커뮤니티 지향
• 일반인과 전문가가 어울러지는 한마당
• 로봇공학 소식 공유
• 연구자 간의 협력
혼자 하기에 답답하시다고요?
커뮤니티에서 함께 해요~

Yoonseok Pyo
passionvirus@gmail.com
www.robotpilot.net
표윤석
또~ 봬요!
*^^*
끝.

20150708 ros seminar_in_busan_korea

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