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ROS2 (Robot Operating System)

ROS2에 대해 알아보자

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ROS2 (Robot Operating System)

How to Install ROS2 (Humble or Jassy)

WSL Ubuntu 24에서 Humble의 경우 repo list에서 지원하지 않아 Jassy로 설치하여 진행함

  • Humble : link

  • Jazzy : link

  • rqt_graph로 현재 실행중인 노드 및 발행된 topic 정보 확인 가능

ROS2 특징

  • setup.sh
    • sudo apt install 명령으로 설치한 ros pkg들이 저장된 곳이 /opt/ros/[Version, ex.huble/jassyh]이며, 해당 경로의 setup.bash를 sourc로 읽어 들여야 ros2 개발환경 사용이 가능
  • ROS_DOMAIN_ID
    • DDS(Data Distribution Service, 데이터 분산 서비스)을 재택하여 시스템의 실시간성/규모가변성/안정성/고성능을 가능케 하도록 Publish/Subscribe 네트워크 커뮤니케이션 구조의 미들웨어를 사용함
    • 따라서 다른 네트워크에서 들어오는 정보를 구분 짓기 위해 ROS_DOMAIN_ID라는 시스템 변수를 사용함

ROS 구조

Node :

  • 실행가능한 최소 단위를 말함
  • 노드확인 명령어 : ros2 run <PKG Name> <Node Name>
    • ex. ros2 run turtlesim turtlesim_node
  • 그외 명령어 ros2 node list : 실행중인 노드 리스트 확인 가능 ros2 node info turtlesim : 현재 실행중인 노드의 정보를 출력
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gyyeon@DESKTOP-A9M7R8S:~$ ros2 node list # 현재 실행중인 노드 리스트 확인
/turtlesim
gyyeon@DESKTOP-A9M7R8S:~$ ros2 node info /turtlesim # 이 노드가 어떤것을 제공하는지 확인 가능
/turtlesim
  Subscribers:
    /parameter_events: rcl_interfaces/msg/ParameterEvent
    /turtle1/cmd_vel: geometry_msgs/msg/Twist
  Publishers:
    /parameter_events: rcl_interfaces/msg/ParameterEvent
    /rosout: rcl_interfaces/msg/Log
    /turtle1/color_sensor: turtlesim/msg/Color
    /turtle1/pose: turtlesim/msg/Pose
  Service Servers:
    /clear: std_srvs/srv/Empty
    /kill: turtlesim/srv/Kill
    /reset: std_srvs/srv/Empty
    /spawn: turtlesim/srv/Spawn
    /turtle1/set_pen: turtlesim/srv/SetPen
    /turtle1/teleport_absolute: turtlesim/srv/TeleportAbsolute
    /turtle1/teleport_relative: turtlesim/srv/TeleportRelative
    /turtlesim/describe_parameters: rcl_interfaces/srv/DescribeParameters
    /turtlesim/get_parameter_types: rcl_interfaces/srv/GetParameterTypes
    /turtlesim/get_parameters: rcl_interfaces/srv/GetParameters
    /turtlesim/get_type_description: type_description_interfaces/srv/GetTypeDescription
    /turtlesim/list_parameters: rcl_interfaces/srv/ListParameters
    /turtlesim/set_parameters: rcl_interfaces/srv/SetParameters
    /turtlesim/set_parameters_atomically: rcl_interfaces/srv/SetParametersAtomically
  Service Clients:

  Action Servers:
    /turtle1/rotate_absolute: turtlesim/action/RotateAbsolute
  Action Clients:

Service

  • 클라이언트가 요청한 것을 서버측이 받아 응답하는 것을 말하며, 주고받는 Request/Response에 타입을 지정하여 사용함.

  • Service Type Definition의 경우 ---를 기준으로 위 = Request/아래 = Response에 대한 타입을 정의하며 파일 포맷은 srv(service의 약어)이다.

  • 서비스 확인 명령어 : ros2 service list
  • 그외 명령어
    • ros2 service type <서비스> : 제공하는 서비스의 타입 파일(srv) 경로 확인
      • ex. ros2 service type /turtle1/teleport_absolute
    • ros2 interface show <srv 경로> : 정의된 서비스 타입 파일의 정보 확인
      • ex. ros2 interface show /turtle1/teleport_absolute
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gyyeon@DESKTOP-A9M7R8S:~$ ros2 service list
/clear
/kill
/reset
/spawn
/turtle1/set_pen
/turtle1/teleport_absolute
/turtle1/teleport_relative
/turtlesim/describe_parameters
/turtlesim/get_parameter_types
/turtlesim/get_parameters
/turtlesim/get_type_description
/turtlesim/list_parameters
/turtlesim/set_parameters
/turtlesim/set_parameters_atomically
# 서비스 타입 파일 확인
gyyeon@DESKTOP-A9M7R8S:~$ ros2 service type /turtle1/teleport_absolute
turtlesim/srv/TeleportAbsolute
# srv의 서비스 타입 정보 확인(--- 기준 위는 request, 밑은 response)
gyyeon@DESKTOP-A9M7R8S:~$ ros2 interface show turtlesim/srv/TeleportAbsolute
float32 x
float32 y
float32 theta
---

ros에서 제공하는 서비스 타입의 경우 단위는 KMS, radian을 주로 사용한다

Service Call

  • 제공하는 서비스에 대해 사용 요청하는 서비스 콜 명령어에 대해 알아보자
  • 서비스 콜 명령어 : ros2 service call '서비스타입(srv) "data" -ex.
    • ros2 service call /turtle1/teleport_absolute turtlesim/srv/TeleportAbsolute “{x: 2, y: 2, theta: 1.57}”
    • ros2 service call /reset std_srvs/srv/Empty {}

Service Call(Name Space)

  • 어떤 로봇인지 구분하기 위해 Name Space를 사용하며 ros2 service list를 쳐보면 확인 가능
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# 임의의 터틀봇 생성
gyyeon@DESKTOP-A9M7R8S:~$ ros2 service call /spawn turtlesim/srv/Spawn "{x: 3, y: 5, theta: 3.14, name: ''}"
requester: making request: turtlesim.srv.Spawn_Request(x=3.0, y=5.0, theta=3.14, name='')
response:
turtlesim.srv.Spawn_Response(name='turtle2')
# 터틀봇 서비스 리스트 정보를 확인해보면 turtle1/2 namespace로 개별 동작 서비스가 나눠져 있음이 확인 가능
gyyeon@DESKTOP-A9M7R8S:~$ ros2 service list
/clear
/kill
/reset
/spawn
/turtle1/set_pen              #<------
/turtle1/teleport_absolute    #<------
/turtle1/teleport_relative    #<------
/turtle2/set_pen              #>------
/turtle2/teleport_absolute    #>------
/turtle2/teleport_relative    #>------
/turtlesim/describe_parameters
/turtlesim/get_parameter_types
/turtlesim/get_parameters
/turtlesim/get_type_description
/turtlesim/list_parameters
/turtlesim/set_parameters
/turtlesim/set_parameters_atomically

TOPIC

  • Publisher측에서 brodcast로 특정 Topic으로 정보를 제공할때 사용되며,
  • Subscriber측은 Topic Name/Message Type을 알면 어느 노드건 해당 메세지를 받아 볼수 있음
  • 토픽 리스트 확인 명령어 : ros2 topic list [-t|-v, 토픽 메시지 타입까지 표여줌| pub,sub 정보를 다보여줌]
  • 토픽 확인 명령어 : ros2 topic echo [토픽] (ex. ros2 topic echo /turtle1/pose)
    • 그외 명령어
      • ros2 topic type [토픽] : 토픽의 메세지 타입 파일 확인 -ex. ros2 topic type /turtle1/pose
      • ros2 topic info [토픽] : 토픽 타입 및 pub/sub 갯수 확인 가능(ex. subscription cnt:0이라면 아무도 안듣고 있는 상황)
      • ros2 interface show <토픽 Msg 타입> : 토픽 Msg 타입 정보 확인 -ex. ros2 interface show turtlesim/msg/Pose
      • ros2 topic echo [토픽] : 특정 토픽을 subscribe 수행
      • rqt_graph : 실행중인 노드 및 토픽 정보를 확인 가능(debug를 꺼야 cli로 sub중인 상태들까지 확인 가능)
      • ros2 topic pub [토픽] [타입] [데이터] : 특정 토픽으로 msg pub 수행 (옵션으로 명령어 주기 설정 가능 –once / –rate [Hz])

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# [default] 토픽 정보 확인
gyyeon@DESKTOP-A9M7R8S:~$ ros2 topic list
/rosout
/turtle1/cmd_vel
/turtle1/color_sensor
/turtle1/pose
/turtle2/cmd_vel
/turtle2/color_sensor
/turtle2/pose
/turtle3/cmd_vel
/turtle3/color_sensor
/turtle3/pose
# [t] 토픽 정보를 토픽 타입 파일과 함께 확인
gyyeon@DESKTOP-A9M7R8S:~$ ros2 topic list -t
/parameter_events [rcl_interfaces/msg/ParameterEvent]
/rosout [rcl_interfaces/msg/Log]
/turtle1/cmd_vel [geometry_msgs/msg/Twist]
/turtle1/color_sensor [turtlesim/msg/Color]
/turtle1/pose [turtlesim/msg/Pose]
/turtle2/cmd_vel [geometry_msgs/msg/Twist]
/turtle2/color_sensor [turtlesim/msg/Color]
/turtle2/pose [turtlesim/msg/Pose]
/turtle3/cmd_vel [geometry_msgs/msg/Twist]
/turtle3/color_sensor [turtlesim/msg/Color]
/turtle3/pose [turtlesim/msg/Pose]
# [v] 토픽 세부 정보 확인
gyyeon@DESKTOP-A9M7R8S:~$ ros2 topic list -v
Published topics:
 * /parameter_events [rcl_interfaces/msg/ParameterEvent] 2 publishers
 * /rosout [rcl_interfaces/msg/Log] 2 publishers
 * /turtle1/color_sensor [turtlesim/msg/Color] 1 publisher
 * /turtle1/pose [turtlesim/msg/Pose] 1 publisher
 * /turtle2/color_sensor [turtlesim/msg/Color] 1 publisher
 * /turtle2/pose [turtlesim/msg/Pose] 1 publisher
 * /turtle3/color_sensor [turtlesim/msg/Color] 1 publisher
 * /turtle3/pose [turtlesim/msg/Pose] 1 publisher

Subscribed topics:
 * /parameter_events [rcl_interfaces/msg/ParameterEvent] 2 subscribers
 * /turtle1/cmd_vel [geometry_msgs/msg/Twist] 1 subscriber
 * /turtle2/cmd_vel [geometry_msgs/msg/Twist] 1 subscriber
 * /turtle3/cmd_vel [geometry_msgs/msg/Twist] 1 subscriber

# 토픽 타입 파일 정보 확인
gyyeon@DESKTOP-A9M7R8S:~$ ros2 interface show turtlesim/msg/
Pose
float32 x
float32 y
float32 theta 

float32 linear_velocity
float32 angular_velocity

gyyeon@DESKTOP-A9M7R8S:~$ ros2 topic echo /turtle1/pose
x: 5.544444561004639
y: 5.544444561004639
theta: 0.0
linear_velocity: 0.0
angular_velocity: 0.0
---

gyyeon@DESKTOP-A9M7R8S:~$ ros2 topic pub /gyu/cmd_vel geometry_msgs/msg/Twist "{linear: {x: 2, y: 0, z: 0}, angular: {x: 0, y: 0, z: 2}}"

Action

  • Action은 Goal/Result service와 그리고 중간 과정을 모니터링을 위한 feedback topic으로 구성됨
  • Service + topic = action으로 생각하면 되고 action server를 두고 실행된다고 생각하면 됨 - ex. 로봇한테 10,10 좌표로 이동하라고 골을 주면, 이동하는 동안 피드백으로 좌표를 확인하고, 목표에 도착하면 result를 받는게 action임
  • 명령어
    • ros2 action list -t : 액션 리스트 타입과 함께 확인
    • ros2 interface show [액션타입] : 액션 타입 메시지 확인
      • ---를 기준으로 goal/result/feedback으로 영역이 나눠져 있음 (service의 경우에는 request/response 타입 정보였음)
    • ros2 action send_goal [액션] [액션타입] [데이타] : 액션 실행
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  gyyeon@gyeon  ~  ros2 run turtlesim turtlesim_node
  gyyeon@gyeon  ~  ros2 run turtlesim turtle_teleop_key => rqt_graph로 확인해보면 /turtle1/rotate_absolute라는 토픽의 액션을 확인 가능
  gyyeon@gyeon  ~  ros2 action list -t
/gyu/rotate_absolute [turtlesim/action/RotateAbsolute]
/turtle1/rotate_absolute [turtlesim/action/RotateAbsolute]
  gyyeon@gyeon  ~  ros2 interface show turtlesim/action/RotateAbsolute
# The desired heading in radians
float32 theta
---
# The angular displacement in radians to the starting position
float32 delta
---
# The remaining rotation in radians
float32 remaining
  gyyeon@gyeon  ~ 
  ✘  gyyeon@gyeon  ~  ros2 action send_goal /turtle1/rotate_absolute turtlesim/action/RotateAbsolute "{ theta: 2.11 }"
Waiting for an action server to become available...
Sending goal:
     theta: 2.11

Goal accepted with ID: 2717c10c13194056b6d0aabf6007c746

Result:
    delta: 1.0399997234344482

Goal finished with status: SUCCEEDED

Topic Subscribe/Publish (Python) ROS2 Docs

노드 생성 및 topic 구독

  • cnt를 활용해 Topic 받는 횟수를 제한함(cnt를 없애면 계속 구독)
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import rclpy as rp #rclp : robot common library python
from turtlesim.msg import Pose # Data Type(Pose)을 import로 받아옴
import time

# ros2 run turtlesim turtlesim_node

# subscription은 토픽이 들어올때마다 실행할 함수를 필수로 지정해야함
cnt = 0
def callback(data):
	global cnt
	print("--->")
	print("/turtle1/pose : ", data)
	print("X :", data.x)
	print("Y : ", data.y)
	print("Theta : ", data.theta)
	cnt = cnt + 1

	if cnt>3:
		raise Exception("Subscription Stop")


def main():
    #노드 create
    rp.init()
    test_node = rp.create_node('sub_test')

    # while 1 :
    #     time.sleep(1)
    #     print(test_node, "is running")

	#subscription 수행
	# 생성한 노드에 토픽/메세지 타입/콜백을 등록하여 sub 가능
    test_node.create_subscription(Pose, '/turtle1/pose', callback, 10)

	#rp.spin_once(test_node) #=> 토픽을 한번만 받음
    rp.spin(test_node) #=> 토픽을 계속 받음



if __name__ == "__main__":
	main()

노드 생성 및 topic 발행 

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import rclpy as rp #rclp : robot common library python
from geometry_msgs.msg import Twist # Data Type(Twist)을 import로 받아옴
import time

# ros2 run turtlesim turtlesim_node

# subscription은 토픽이 들어올때마다 실행할 함수를 필수로 지정해야함
cnt = 0
def timer_callback(pub, msg):
	global cnt
	print(cnt)
	cnt += 1
	pub.publish(msg)
	if cnt>100:
		raise Exception("Publisher Stop")


def main():
    #노드 create
    rp.init()
    test_node = rp.create_node('pub_test')

	#Twist Class 인스턴스화(instantiation)
    msg=Twist()
    print(msg) # default값으로 linear/angular로 바뀜

	# 아래와 같이 twist 값 설정
	# msg.angular.z = 1.8
	# msg.linear.x = 2

	# ex.
	# 	  gyyeon@gyeon  ~  ros2 topic list -t
	# /parameter_events [rcl_interfaces/msg/ParameterEvent]
	# /rosout [rcl_interfaces/msg/Log]
	# /turtle1/cmd_vel [geometry_msgs/msg/Twist]
	# /turtle1/color_sensor [turtlesim/msg/Color]
	# /turtle1/pose [turtlesim/msg/Pose]

    # publisher 생성(publish할 토픽과 메세지 타입을 지정)
	# 한번만 pub 수행
    pub = test_node.create_publisher(Twist, '/turtle1/cmd_vel', 10)
    pub.publish(msg)
    msg.angular.z = 1.6
    msg.linear.x = 4.0

    # 여러번 pub 수행을 하고자 할경우 timer_callback() 사용
    timer_period=0.1
    timer = test_node.create_timer(timer_period,  lambda:timer_callback(pub, msg))
    rp.spin(test_node)

	## 노드 종료
    test_node.destroy_node()


if __name__ == "__main__":
	main()

ROS2 Service Client 다루기 

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import rclpy as rp #rclp : robot common library python
from turtlesim.srv import TeleportAbsolute
import time

# ros2 run turtlesim turtlesim_node

# subscription은 토픽이 들어올때마다 실행할 함수를 필수로 지정해야함
cnt = 0
def timer_callback(pub, msg):
	global cnt
	print(cnt)
	cnt += 1
	pub.publish(msg)
	if cnt>100:
		raise Exception("Publisher Stop")


def main():
    #노드 create
    rp.init()
    test_node = rp.create_node('client_test')

    service_name = '/turtle1/teleport_absolute'
    cli = test_node.create_client(TeleportAbsolute, service_name)

	# 서비스 Req Type 인스턴스 생성
    req = TeleportAbsolute.Request()
    print(req)
    req.x = 1.
    req.y = 1.
    req.theta = 1.

    cli.call_async(req)

    # 서비스 노드가 기동할때까지 기다리는 함수
    while not cli.wait_for_service(timeout_sec=1.0):
        print("Waiting for service")

    # 서비스콜 한번만 수행
    # rp.spin_once(test_node) # spin() will not return until the node is shutdown

    # 서비스가 실행되는 결과 받아오기
    future = cli.call_async(req)
    while not future.done():
        rp.spin_once(test_node)
        print(future.done(), future.result())

	## 노드 종료
    test_node.destroy_node()


if __name__ == "__main__":
	main()
Ros2
ros
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