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ROS2勉強会 4章前半
- 1. @calm0815 ROS2ではじめよう 次世代ロボットプログラミング 4.1~4.3 章 西田研 M2 桑野 僚大 ROS2勉強合宿@別府温泉 10/5
- 2. @calm0815 自己紹介 • 名前：桑野 僚大（Kuwano Tomohiro） • 所属：九州工業大学 M2 西田研究室 • 研究：ソフトロボットハンド 自動車部や学生フォーミュラの活動を経て現在に至る。 研究室メンバーに日々煽り煽られながらもROSの勉強中。 （感謝しかないですよ！！！） Twitter : @calm0815 Github : calm0815 ➢ https://github.com/calm0815
- 3. @calm0815 第４章 ROS2の応用機能 4-1:LAUNCHシステム 4-2:アクション 4-3:ライフサイクル 参考文献（資料中の図はすべて以下の文献から引用しています）： ROS2ではじめよう 次世代ロボットプログラミング、近藤豊 著 https://www.amazon.co.jp/ROS2ではじめよう-次世代ロボットプログラミング-近藤-豊/dp/4297107422
- 4. @calm0815 4-1 : LAUNCHシステム 4-1-1 : talker/listenerノードのlaunchファイル 4-1-2 : パラメータを使うlaunchファイル 4-1-3 : パラメータファイルを使うlaunchファイル
- 5. @calm0815@calm0815 4-1 : LAUNCHシステム ROS1の Launchシステム ノードの起動方法がXML形式で記述されたファイル ➢ ノードの設定 ➢ パラメータ設定 ➢ 名前空間やマップの設定 ➢ 修了したノードの自動再起動の設定 【起動例】 $ roslaunch [package_name] launch_name.launch Launchシステムの役割 ： 複数のノードを記述された実行手順の通りに実行する 起動手順の構成に制御構文を使いたい 複数ノードの全体像を把握するのが難しい ⇒ launchファイルを複数に分割してインクルードしたい デバッグするにはXMLの解釈器が必要であり、原因の特定が難しい ⇒ 簡単にデバッグしたい
- 6. @calm0815@calm0815 ROS2の Launchシステム ノードの起動方法がpythonで記述されたファイル ➢ ノードの設定 ➢ パラメータ設定 ➢ 名前空間やマップの設定 ➢ 修了したノードの自動再起動の設定 ➢ 各ノードの状態を監視する機能 【起動例】 $ ros2 launch [package_name] launch_name.launch.py※黄色字は変更点 4-1 : LAUNCHシステム Launchシステムにプログラミング言語のpythonを採用することで ROS1で抱えていた問題を解決 ※ROS1からの移植性を考慮して、XML記法やYAML記法も導入される予定
- 7. @calm0815 4-1 : LAUNCHシステム 4-1-1 : talker/listenerノードのlaunchファイル 4-1-2 : パラメータを使うlaunchファイル 4-1-3 : パラメータファイルを使うlaunchファイル
- 8. @calm0815@calm0815 ノードの構成、起動手順を記述したlaunchファイルの本体 launch_ros.actions.Nodeに起動したいノードの保存場所・起動手順を 設定する。引数は以下の３つ。 ⚫ package パッケージ名 ⚫ node_executable ノードの実行ファイル名 ⚫ output ‘screen’を指定すると標準出力にログを出力。 デフォルト値は’log’で、この場合はログファイルに出力。 4-1-1 : TALKER/LISTENERノードのLAUNCHファイル talker_listener.launch.py
- 11. @calm0815@calm0815 4-1-1 : TALKER/LISTENERノードのLAUNCHファイル 実行結果 （ ＾ω＾）おっ、なんかディストリビューション関係で文句言われてんな
- 12. @calm0815 4-1 : LAUNCHシステム 4-1-1 : talker/listenerノードのlaunchファイル 4-1-2 : パラメータを使うlaunchファイル 4-1-3 : パラメータファイルを使うlaunchファイル
- 13. @calm0815@calm0815 4-1-2 : パラメータを使うLAUNCHファイル ROS1のLaunchシステム ⚫ arg roslaunchファイル自体に渡す引数 ⚫ param パラメータの値
- 14. @calm0815@calm0815 4-1-2 : パラメータを使うLAUNCHファイル ROS2のLaunchシステム ⚫ launch.actions launchファイルの動作の定義 ⚫ launch.substitutions launchファイル実行時に決定する値の定義 ROS2ノード以外の実行ファイルの呼び出しや環境変数の読込み・設定など 今後、ROS2以外の機能も取り組んでいくためにROS1からその仕組みが 再構築された。
- 16. @calm0815 4-1 : LAUNCHシステム 4-1-1 : talker/listenerノードのlaunchファイル 4-1-2 : パラメータを使うlaunchファイル 4-1-3 : パラメータファイルを使うlaunchファイル
- 18. @calm0815@calm0815 4-1-3 : パラメータファイルを使うLAUNCHファイル ここまでの内容以外にもLaunchシステムにはたくさんの機能が備わっている ➢ Launchファイルの設計文書 https://github.com/ros2/launch/blob/dashing/launch/doc/source/architecture.rst より実践的なlaunchファイルの記述例は、navigation2パッケージの リポジトリが参考になる（らしい。未確認） ➢ navigation2 https://github.com/ros-planning/navigation2
- 19. @calm0815 4-2 : アクション 4-2-1 : アクションの定義ファイル 4-2-2 : フィボナッチ数列のアクション実装
- 20. @calm0815@calm0815 4-2 : アクション ROS2のアクション • ROSのメッセージ通信のひとつ • サービスのように引数/返り値がある • 返り値が返ってくるまでの値（フィードバック）が トピックのように受け取れる • アクション実行中に処理を中断させるなどの命令が可能
- 21. @calm0815 4-2 : アクション 4-2-1 : アクションの定義ファイル 4-2-2 : フィボナッチ数列のアクション実装 4-2-1/4-2-2で フィボナッチ数列の解を返すアクションを用いて、 その実装方法をみていく
- 22. @calm0815@calm0815 https://github.com/youtalk/get-started- ros2/blob/e2492985e35d3dad98968f0e9ec86ae5fd890e96/ros2/fibonacci/action/Fi bonacci.action Fibonacci.action 4-2-1 : アクションの定義ファイル アクションの定義ファイルに必要な３つの要素 ⚫ Goal アクションの目標値 ⚫ Result アクションの実行結果 ⚫ Feedback アクションサーバ（アクションの実行ノード）が返す途中経過の内容
- 23. @calm0815 4-2 : アクション 4-2-1 : アクションの定義ファイル 4-2-2 : フィボナッチ数列のアクション実装 4-2-1/4-2-2で フィボナッチ数列の解を返すアクションを用いて、 その実装方法をみていく
- 24. @calm0815@calm0815 アクションサーバの実装に必要なハンドラ • 目標値の設定時に呼び出されるハンドラ • アクションの実行開始時に呼び出されるハンドラ • アクションのキャンセル時に呼び出されるハンドラ ※ハンドラ：プログラムやその一部分で、何らかの処理要求が発生したときに起動されるもの （wiki調べ） 4-2-2 : フィボナッチ数列のアクション実装 action_server.cpp
- 25. @calm0815@calm0815 アクションクライアントの実装に必要なハンドラ • 目標設定の受信コールバック関数 • 実行結果の受信コールバック関数 • フィードバックの受信コールバック関数 4-2-2 : フィボナッチ数列のアクション実装 action_client.cpp
- 28. @calm0815 4-3-1 : ライフサイクルの状態遷移 4-3-2 : 主要状態 4-3-3 : 中間状態 4-3-4 : ライフサイクル対応talker実装 4-3-5 : ライフサイクル対応listener実装 4-3-6 : 外部ノードからのライフサイクル制御 4-3-7 : 動作確認 4-3 : ライフサイクル
- 29. @calm0815@calm0815 4-3 : ライフサイクル アプリケーションをよりよく制御するためにROS2から導入された新システム ライフサイクルの活用により、 • ノード同士の実行開始 • 接続順序 を厳密に制御し、正しく起動できるようになる ライフサイクルの現在状態を外部ノードから状態遷移トピックという形で取得可能 状態遷移を変更するサービスも提供されており、外部ノードから能動的にノードの 状態を制御できる
- 31. @calm0815 4-3-1 : ライフサイクルの状態遷移 4-3-2 : 主要状態 4-3-3 : 中間状態 4-3-4 : ライフサイクル対応talker実装 4-3-5 : ライフサイクル対応listener実装 4-3-6 : 外部ノードからのライフサイクル制御 4-3-7 : 動作確認 4-3 : ライフサイクル
- 33. @calm0815@calm0815 4-3-1 : ライフサイクルの状態遷移 状態遷移は以下のルールで発生する。 • 主要状態から中間状態を経由して矢印の先にある次の主要状態に遷移することが できれば、状態遷移の成功。 • 状態遷移中に失敗が発生すると、矢印の逆方向のもとの主要状態に戻される。 • 失敗とは別に、エラー（補足されない例外）を検出すると、 Error Processing状態に遷移する。Error Processingに成功すると Unconfiguredに戻り、失敗するとFinalizedに移り実行終了する。 • 主要状態の中で唯一、Active状態からのエラー検出時のみ自動で Error Processing状態に遷移する。
- 34. @calm0815 4-3-1 : ライフサイクルの状態遷移 4-3-2 : 主要状態 4-3-3 : 中間状態 4-3-4 : ライフサイクル対応talker実装 4-3-5 : ライフサイクル対応listener実装 4-3-6 : 外部ノードからのライフサイクル制御 4-3-7 : 動作確認 4-3 : ライフサイクル
- 35. @calm0815@calm0815 4-3-2 : 主要状態 ４つの主要状態はそれぞれ 以下の状態を表す ⚫ Unconfigured ➢ 初期化前 ⚫ Inactive ➢ スピン停止状態 ⚫ Active ➢ スピン状態 ⚫ Finalized ➢ 終了処理後
- 36. @calm0815@calm0815 4-3-2 : 主要状態 ⚫ Unconfigured ノード起動後にすぐ遷移する状態。ノードの初期化が終わってない。 エラー処理後もこの状態に戻る。 ⚫ Inactive ノードが何も処理を行っていない状態。ノードのパラメータを変えたり、 トピックのPublisher/Subscriber構成を変えたりするために、ノードを （再）Unconfigured状態にさせるために用いられる。 この状態では、トピックやサービスリクエストが届いても、読み込み、データ処理、 サービスレスポンスを行うことはできない。QoSポリシーに従い、 これらのトピックやサービスリクエストは保留される。
- 37. @calm0815@calm0815 4-3-2 : 主要状態 ⚫ Active ノードの一番メインとなる状態。 この状態では、トピックの送受信、サービスのレスポンス、データ処理が行われる。 もし、ノードもしくはシステムで解決できないエラーを検出した場合、 自動的にError Processing状態に遷移する。 ⚫ Finalized ノードが破棄される直前に遷移する状態。 この状態からは実行終了以外に、ほかの状態へ遷移することはできない。 この状態は、デバッグや自己検証のためにあり、 ノードの破棄を可視化することが可能。
- 38. @calm0815 4-3-1 : ライフサイクルの状態遷移 4-3-2 : 主要状態 4-3-3 : 中間状態 4-3-4 : ライフサイクル対応talker実装 4-3-5 : ライフサイクル対応listener実装 4-3-6 : 外部ノードからのライフサイクル制御 4-3-7 : 動作確認 4-3 : ライフサイクル
- 39. @calm0815@calm0815 4-3-3 : 中間状態 ６つの中間状態はそれぞれ 以下の状態を表す ⚫ Configuring ➢ 初期化中 ⚫ Cleaning Up ➢ 再初期化中 ⚫ Shutting Down ➢ 終了処理中 ⚫ Activating ➢ スピン状態へ移行中 ⚫ Deactivating ➢ スピン停止状態へ 移行中 ⚫ Error Processing ➢ エラー処理中
- 40. @calm0815 4-3-1 : ライフサイクルの状態遷移 4-3-2 : 主要状態 4-3-3 : 中間状態 4-3-4 : ライフサイクル対応talker実装 4-3-5 : ライフサイクル対応listener実装 4-3-6 : 外部ノードからのライフサイクル制御 4-3-7 : 動作確認 4-3 : ライフサイクル
- 41. @calm0815@calm0815 4-3-4 : ライフサイクル対応TALKER実装 【Link】http://wiki.ros.org/ROS/Tutorials/WritingPublisherSubscriber%28c%2B%2B%29 ROS1のpublisherでは、 main関数の中でwhileループを回してトピックを送信した。 【ROS1】talker.cpp 82 while (ros::ok()) 83 { 95 /** 96 * The publish() function is how you send messages. The parameter 97 * is the message object. The type of this object must agree with the type 98 * given as a template parameter to the advertise<>() call, as was done 99 * in the constructor above. 100 */ 101 chatter_pub.publish(msg); 102 103 ros::spinOnce(); 104 105 loop_rate.sleep(); 106 ++count; 107 } よくみるやつ
- 42. @calm0815@calm0815 状態遷移時に呼び出されるコールバックメソッドのインターフェースを提供して くれる • 初期化時に呼び出されるコールバックメソッド • スピン状態へ移行時に呼び出されるコールバックメソッド • スピン停止状態へ移行時に呼び出されるコールバックメソッド • 再初期化時に呼び出されるコールバックメソッド • 終了処理時に呼び出されるコールバックメソッド • エラー処理時に呼び出されるコールバックメソッド ライフサイクルを実現するROS2ノードでは 状態遷移時に呼び出されるコールバックメソッドを実装する必要がある。 【ROS2】talker.cpp 4-3-4 : ライフサイクル対応TALKER実装 rclcpp_lifecycle::LifecycleNodeクラス
- 43. @calm0815@calm0815 状態遷移時に呼び出されるコールバックメソッドのインターフェースを提供して くれる • 初期化時に呼び出されるコールバックメソッド • スピン状態へ移行時に呼び出されるコールバックメソッド • スピン停止状態へ移行時に呼び出されるコールバックメソッド • 再初期化時に呼び出されるコールバックメソッド • 終了処理時に呼び出されるコールバックメソッド • エラー処理時に呼び出されるコールバックメソッド rclcpp_lifecycle::LifecycleNodeクラス 【Link】ライフサイクル対応版 https://ithub.com/ros2/demos/blob/dashing/lifecycle/src/lifecycle_talker.cpp 【ROS2】talker.cpp 4-3-4 : ライフサイクル対応TALKER実装
- 44. @calm0815 4-3-1 : ライフサイクルの状態遷移 4-3-2 : 主要状態 4-3-3 : 中間状態 4-3-4 : ライフサイクル対応talker実装 4-3-5 : ライフサイクル対応listener実装 4-3-6 : 外部ノードからのライフサイクル制御 4-3-7 : 動作確認 4-3 : ライフサイクル
- 45. @calm0815@calm0815 【Link】ライフサイクル対応版 https://github.com/ros2/demos/blob/dashing/lifecycle/src/lifecycle_listener.cpp 【ROS2】listener.cpp 4-3-5 : ライフサイクル対応LISTENER実装 トピックのメッセージの型はlifecycle_msgs::msg::TransitionEvent これをコールバックメソッドで監視することで、たとえば、 1. カメラ出力ノードAがActive状態に遷移したあと、 2. 画像処理ノードBはUnconfigured状態からActive状態に遷移する。 といったノード起動の順序関係を制御、プログラミングすることができる。
- 46. @calm0815 4-3-1 : ライフサイクルの状態遷移 4-3-2 : 主要状態 4-3-3 : 中間状態 4-3-4 : ライフサイクル対応talker実装 4-3-5 : ライフサイクル対応listener実装 4-3-6 : 外部ノードからのライフサイクル制御 4-3-7 : 動作確認 4-3 : ライフサイクル
- 48. @calm0815 4-3-1 : ライフサイクルの状態遷移 4-3-2 : 主要状態 4-3-3 : 中間状態 4-3-4 : ライフサイクル対応talker実装 4-3-5 : ライフサイクル対応listener実装 4-3-6 : 外部ノードからのライフサイクル制御 4-3-7 : 動作確認 4-3 : ライフサイクル