[ROS] ROS 연동하기

Nodazi·2024년 1월 10일

ROS

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🐣1.Gazebo의 Ros 노드

Gazebo에서 여러가지동작을 하는 명령어를 터미널을 이용 할 수 있다.
아래의 코드에 추가로 덧붙혀서 사용할 수 있으며 각각의 기능에 대해서 알아보자.

$rosservice call gazebo/

pause_phsics

gazebo의 모든 객체들이 멈추게 된다.

unpause_phsics

일시정지가 해제된다.

reset_simulator

모든 오브젝트의 위치를 초기 설정으로 되돌린다.

reset_world

모든 오브젝트의 위치를 초기 설정으로 되돌린다.(시뮬레이션 시간 포함)

👀2.Gazebo Tag

urdf 파일에서 gazebo 속성을 추가하여 gazebo 시뮬레이션에 적용될 속성을 추가 할 수 있다.

2.1 Tag로 색상 부여하기

지난 시간에 urdf 파일의 내용을 수정하여 로봇의 구성 및 생상을 변경하였었다. 하지만 Rviz상에서 잘 적용되던 색상같은경우 Gazebo 환경에서 로봇을 소환하였을 때 색이 없는 것을 확인 할 수 있었다.

아래의 사진과 같이gazebo 상에서 색상이 없는 모습

이를 해결하기 위해서는 urdf파일에 gazebo tag를 입력하여 원하는 색상 및 해당 객체의 여러가지 값들을 변경 할 수 있다.
코드를 입력하여 물체의 색상을 넣어보고, 마찰계수를 넣는 코드를 작성해보자.

🤖robot.urdf

...
	<gazebo reference="link_chassis">
		<material> Gazebo/Purple </material>
	</gazebo>
	<gazebo reference="link_caster_wheel">
		<material> Gazebo/Grey </material>
	</gazebo>
	<gazebo reference="link_left_wheel">
		<material> Gazebo/Black </material>
	</gazebo>
	<gazebo reference="link_right_wheel">
		<material> Gazebo/Black </material>
	</gazebo>
...

색상 테그를 추가한 화면

gazebo material 확인

$vim /usr/share/gazebo-9/media/materials/scripts/gazebo.material

위 명령어를 통해 위 코드의 색상에 사용된 Gazebo/Black 과 같이 gazebo tag에서 사용할 수 있는 material 을 확인 할 수 있다.

2.2 Tag로 물체 마찰계수 부여하기

추가로 로봇 모델에 tag를 추가하여 마찰 설정을 해보자.
🤖robot.urdf

...
	<gazebo reference="link_chassis">
		<material> Gazebo/Purple </material>
	</gazebo>
	<gazebo reference="link_caster_wheel">
		<material> Gazebo/Grey </material>
		<mu1>0</mu1>
		<mu2>0</mu2>
	</gazebo>
	<gazebo reference="link_left_wheel">
		<material> Gazebo/Black </material>
		<mu1>1</mu1>
		<mu2>1</mu2>
	</gazebo>
	<gazebo reference="link_right_wheel">
		<material> Gazebo/Black </material>
		<mu1>1</mu1>
		<mu2>1</mu2>
	</gazebo>
...

Force를 가하여 움직이는 모습

🔌3. ROS Plugin

플러그인을 사용하면 Gazebo에서 유용한 기능을 추가할 수 있다.

3.1 Robot Differential Driver

3.1.1 코드 작성

🐍move_simple.py

#! /usr/bin/env python

import rospy
from geometry_msgs.msg import Twist
from nav_msgs.msg import Odometry

def odom_callback(msg):
        rospy.loginfo('X: %s / Y: %s' % (msg.pose.pose.position.x,msg.pose.pose.position.y))

def main():
    odom_sub = rospy.Subscriber('odom',Odometry,odom_callback)
    twist_pub = rospy.Publisher('cmd_vel', Twist,queue_size=10)

    rospy.init_node('move_simple_node', anonymous=True)
    rate = rospy.Rate(10)

    while not rospy.is_shutdown():
        vel_msg = Twist()
        vel_msg.linear.x = 0.3
        vel_msg.linear.z = 0.3

        twist_pub.publish(vel_msg)
        rate.sleep()

if __name__=='__main__':
    try:
        main()
    except rospy.ROSInterruptException:
        pass

3.1.2 실행화면

위 파이썬 코드를 실행시키면 아래와 같이 로봇이 움직이게 된다.

X,Y 좌표정보가 갱신되는 것도 확인 할 수 있다.

3.2 Robot Laser Sensor

3.2.1 코드 작성

🤖robot.urdf

...
<!-- Gazebo tags - Laser scan -->
    <gazebo reference="joint_laser_scan_chassis">
        <preserveFixedJoint>true</preserveFixedJoint>
    </gazebo>
    <gazebo reference="link_laser_scan">
        <material>Gazebo/DarkGrey</material>
    </gazebo>

    <!-- Laser scan -->
    <joint name="joint_laser_scan_chassis" type="fixed">
        <origin rpy="0 0 0" xyz="0.8 0 0.3" />
        <child link="link_laser_scan" />
        <parent link="link_chassis" />
        <joint_properties damping="1.0" friction="1.0" />
    </joint>
    <link name="link_laser_scan">
        <inertial>
            <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
            <mass value="0.5" />
            <inertia ixx="0.000252666666667" ixy="0" ixz="0" iyy="0.000252666666667" iyz="0" izz="0.0005"/>
        </inertial>
        <visual>
            <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
            <geometry>
                <cylinder radius="0.15" length="0.20"/>
            </geometry>
            <material name="Red">
                <color rgba="0.7 0.1 0.1 1" />
            </material>
        </visual>
        <collision>
            <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
            <geometry>
                <cylinder radius="0.15" length="0.20"/>
            </geometry>
        </collision>
    </link>

    <gazebo reference="link_laser_scan">
        <sensor type="ray" name="head_hokuyo_sensor">
            <pose>0 0 0 0 0 0</pose>
            <visualize>true</visualize>
            <update_rate>20</update_rate>
            <ray>
                <scan>
                    <horizontal>
                        <samples>720</samples>
                        <resolution>1</resolution>
                        <min_angle>-1.570796</min_angle>
                        <max_angle>1.570796</max_angle>
                    </horizontal>
                </scan>
                <range>
                    <min>0.20</min>
                    <max>10.0</max>
                    <resolution>0.01</resolution>
                </range>
                <noise>
                    <type>gaussian</type>
                    <mean>0.0</mean>
                    <stddev>0.01</stddev>
                </noise>
            </ray>
            <plugin name="gazebo_ros_head_hokuyo_controller" filename="libgazebo_ros_laser.so">
                <topicName>/laser/scan</topicName>
                <frameName>sensor_laser</frameName>
            </plugin>
        </sensor>
    </gazebo>
...

urdf 파일에 Laser sensor Plugin에 대한 정보를 입력하고 , Ladar 센서 형태를 로봇의 전면에 생성한다. 아래의 사진과 같이 센서의 범위를 눈으로 확인 할 수 있다. visualize 설정을 통해 레이저를 보이지 않게 할 수도 있다.

🐍move_with_laser.py

#!/usr/bin/env python

import rospy
from geometry_msgs.msg import Twist
from sensor_msgs.msg import LaserScan

def laser_callback(msg):
    rospy.loginfo('Minimum distance is: %s' % min(msg.ranges))

def main():
    laser_sub = rospy.Subscriber('laser/scan', LaserScan, callback=laser_callback)
    twist_pub = rospy.Publisher('cmd_vel', Twist, queue_size=10)

    rospy.init_node('move_with_laser_node', anonymous=True)
    rate = rospy.Rate(10) # 10hz

    while not rospy.is_shutdown():
        twist_msg = Twist()
        twist_msg.linear.x = 0.3
        twist_msg.angular.z = 0.3
        twist_pub.publish(twist_msg)
        rate.sleep()

if __name__=='__main__':
    try:
        main()
    except rospy.ROSInterruptException:
        pass

로봇의 동작 및 Laser 센서 값을 통해 최단 거리를 계산하는 코드이다.

3.2.2 실행화면

1.gazebo 실행화면

2.터미널 실행화면

위 사진과 같이 로봇이 회전운동하면서 아래의 터미널과 같이 Ladar에서 가장 가까운 거리를 계산하여 출력되는 것을 확인 할 수 있었다.

3.3 XACRO

로봇 XML 파일을 생성할 때 여러가지 요소의 값을 동시에 바꾸고 싶었던 적이 있는가? 그런 행위를 가능하게 하는 것이 XACRO이다.
XACRO란 XML + Macro의 합성어로 로봇모델을 간단하게 메크로를 사용하여 XML 파일을 생성 할 수 있는 프로그램이다. Parameter를 사용하여 더욱더 빠르고 쉽게 urdf파일을 생성 할 수 있다. 실습을 통해 XACRO 사용법을 알아보자.

3.3.1 코드작성

🤖robot.xacro

...
    <xacro:include filename="$(find robot_description)/urdf/robot.gazebo" />

    <!-- Parameters -->
    <xacro:property name="chassis_mass" value="10" />
    <xacro:property name="pi" value="3.1415926535897931"/>

    <!-- Link - chassis -->
    <link name="link_chassis">
        <inertial>
            <mass value="${chassis_mass}" />
            <origin xyz="0 0 0.3" rpy="0 0 0" />
            <inertia ixx="1.5417" ixy="0" ixz="0" iyy="3.467" iyz="0" izz="4.742" />
        </inertial>

        <collision>
            <!-- <geometry>
                <box size="2 1.3 0.4" />
            </geometry> -->
            <geometry>
                <mesh filename="package://robot_description/meshes/chassis.stl" />
            </geometry>
        </collision>

        <visual>
            <geometry>
                <mesh filename="package://robot_description/meshes/chassis.stl" />
            </geometry>
            <!-- <geometry>
                <box size="2 1.3 0.4" />
            </geometry> -->
            <material name="DarkBlue">
                <color rgba="0.2 0.2 0.4 1" />
            </material>
        </visual>
    </link>
    ...