ROS 환경 구축 & 기본 정리

1. ROS 1. 개념 2. 용어 2. ROS 설치 3. 워크스페이스 생성 4. turtle_sim 예제 실행 5. 커스텀 패키지 제작 1. 패키지 생성 2. 파일 작성 6. 실행 1. rosrun를 통한 실행 2. roslaunch를 통한 실행 3. param를 적용한 roslaunch 실행

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

talker.py


#!/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()

listener.py

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;
}

talker.cpp


#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;
}

listener.cpp

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