Skip to content

tutorial3.md

Latest commit

 

History

History
199 lines (166 loc) · 8.75 KB

tutorial3.md

File metadata and controls

199 lines (166 loc) · 8.75 KB
Raw

3. ROS2 を Python で扱う

　このドキュメントでは ROS2 で Python をつかいロボット（亀）を動かす方法を解説します。さっそくはじめましょう。

turtlesim を起動しよう

　以下のコマンドを実行して turtlesim を起動しましょう。青色のウィンドウとカメが表示されたら成功です。以下のコマンドを実行してください。

ros2 run turtlesim turtlesim_node

このまま起動しているシェルは待機させて、次のセクションに進んでください。

亀を Python で動かしてみよう

　ROS2 については前回の資料で軽く説明しました。前回ではコマンドを使い ROS2 のインターフェースに触れましたが、ここでは Python を使い ROS2 を操作してみましょう。まずは Python を書くためのワークスペースとエディタを用意します。ターミナルを開いて以下のコマンドを実行し、ホームディレクトリ上に scripts というディレクトリを作成します。

mkdir ~/scripts

　次に、以下のコマンドを実行して turtle_control.py という空のファイルを scripts ディレクトリ内に作成します。

touch ~/scripts/turtle_control.py

　最後に以下のコマンドを実行して、プログラムコードエディタ VScode を使い scripts ディレクトリを開きます。

code ~/scripts

　これで準備は完了です。turtle_control.py に亀を動かすプログラムを書いていきましょう。先に示すと、以下のコードを書くと亀が円を描きながら動いてくれます。

import rclpy
from rclpy.node import Node
from geometry_msgs.msg import Twist

def move_turtle():
    # rclpyを初期化
    rclpy.init()

    # Nodeを作成
    node = Node('turtle_controller')

    # Publisherを作成
    publisher = node.create_publisher(Twist, '/turtle1/cmd_vel', 10)

    # Twistメッセージを作成
    twist = Twist()

    # 速度を設定
    twist.linear.x = 1.0  # 前進速度
    twist.angular.z = 0.5  # 回転速度

    # ループでメッセージを送信
    try:
        while rclpy.ok():
            # メッセージをログに出力
            node.get_logger().info('Publishing: linear.x=%f, angular.z=%f' % (twist.linear.x, twist.angular.z))
            
            # メッセージを送信
            publisher.publish(twist)

            # 1秒待機
            rclpy.spin_once(node, timeout_sec=1.0)
    except KeyboardInterrupt:
        pass

    # ノードを破棄
    rclpy.shutdown()

if __name__ == '__main__':
    move_turtle()

実行するとこのように亀が動きます。

どうやって動かしているの？

　ここではサンプルで示した turtle_control.py のコードを解説します。まず注目するのは初めの 3 行です。

import rclpy
from rclpy.node import Node
from geometry_msgs.msg import Twist

ここでは3つのモジュール rclpy、Node、Twist をインポートしています。それぞれのモジュールは以下の役割を持っています。

  • rclpy ROS2 を制御するための Python ライブラリです。
  • Node 実行コード内で ROS2 ノードを生成し、ROS2 ネットワークに接続するための API。
  • Twist メッセージの型です。このオブジェクトにデータを入力し指定されたトピックに Publish することでロボットを動かすことができます。

次に、実行部分です。ロボットを制御しているプログラムは move_turtle という関数にまとめられているのがわかるでしょう。

def move_turtle():
    # rclpyを初期化
    rclpy.init()

    # Nodeを作成
    node = Node('turtle_controller')

    # Publisherを作成
    publisher = node.create_publisher(Twist, '/turtle1/cmd_vel', 10)

    # Twistメッセージを作成
    twist = Twist()

    # 速度を設定
    twist.linear.x = 1.0  # 前進速度
    twist.angular.z = 0.5  # 回転速度

    # ループでメッセージを送信
    try:
        while rclpy.ok():
            # メッセージをログに出力
            node.get_logger().info('Publishing: linear.x=%f, angular.z=%f' % (twist.linear.x, twist.angular.z))
            
            # メッセージを送信
            publisher.publish(twist)

            # 1秒待機
            rclpy.spin_once(node, timeout_sec=1.0)
    except KeyboardInterrupt:
        pass

    # ノードを破棄
    rclpy.shutdown()

関数 move_turtle 内の処理について解説しましょう。まず初めに

rclpy.init()

という処理があります。この処理はこのプログラムで ROS2 を扱うので rclpy の初期化を行います。これを最初に書かないとプログラム内で ROS2 を扱うことができずエラーが発生してしまいます。 　次に、以下の処理が行われます。

node = Node('turtle_controller')

これはなんなのかというと、このプログラム内で turtle_controller という名前のノードを宣言しています。ノードというのは ROS2 におけるプログラムの最小単位で、ノードが立つことでノード同士がデータをやり取りします。ノード同士のやり取りでロボットを動かしていくわけです。このコードは指定した名前のノードを宣言し、以降 ROS2 ネットワークに接続するために必要mなライブラリを提供してくれます。このような処置を インスタンス化 と言います。 　次に、以下の処理が行われます。

publisher = node.create_publisher(Twist, '/turtle1/cmd_vel', 10)

　インスタンス化された node には、create_publisher というメソッドが用意されています。このメソッドを使用することで指定されたトピック、メッセージ型にデータを送るためのインターフェースを作成してくれます。Publisher の設定は各引数で行われます。

  • 第1引数 Publish するメッセージ型を指定します。ここでは Twist が指定されています。
  • 第2引数 Publish するトピック名を指定します。ここでは /turtle1/cmd_vel が指定されています。
  • 第3引数 QoS プロファイルを指定します。この段階ではなんなのかを知るとややこしくなるので 10 を入力してください。

　次に Twist メッセージにデータを入れるために Twist オブジェクトを以下の処理でインスタンス化します。

twist = Twist()

　そして、インスタンス化されたオブジェクトにデータを入力します。

# 速度を設定
twist.linear.x = 1.0  # 前進速度
twist.angular.z = 0.5  # 回転速度

コメントで示されている通り Twist.linear.x は前進速度を指定し、Twist.angular.z で回転速度を指定します。 　そして、以下の処理で設定した Twist データを Publish します。

# ループでメッセージを送信
try:
    while rclpy.ok():
        # メッセージをログに出力
        node.get_logger().info('Publishing: linear.x=%f, angular.z=%f' % (twist.linear.x, twist.angular.z))
        
        # メッセージを送信
        publisher.publish(twist)

        # 1秒待機
        rclpy.spin_once(node, timeout_sec=1.0)
except KeyboardInterrupt:
    pass

while rclpy.ok() とは、rclpy.ok() が True の間は以下の処理を繰り返すという意味です。rclpy.ok() は ROS2 が動いている限り True を返し続けます。 　そして、以下の処理は ROS2 のロガー出力で、ログとしてメッセージを出力するコードです。

node.get_logger().info('Publishing: linear.x=%f, angular.z=%f' % (twist.linear.x, twist.angular.z))

　そして、重要なのはここです。

publisher.publish(twist)

ここでメッセージデータを格納した twist オブジェクトを create_publisher で指定したトピックへ Publish します。この処理によって亀が動くのです。

rclpy.spin_once(node, timeout_sec=1.0)

　この処理は ROS2 の反映を待機する関数です。これを書かないと publisher がうまく動いてくれません。

課題

  • turtle_control.py を編集して亀の動きを変えてみましょう。