mirror of
https://github.com/CopterExpress/clover.git
synced 2026-05-26 21:19:35 +00:00
194 lines
12 KiB
Markdown
194 lines
12 KiB
Markdown
# ROS
|
||
|
||
<img src="../assets/ros.svg" width="200" align="right">
|
||
|
||
Основная документация: https://wiki.ros.org.
|
||
|
||
**ROS** – это широко используемый фреймворк для создания сложных, распределенных робототехнических систем. На ROS основана [программная платформа Клевера](programming.md).
|
||
|
||
## Установка
|
||
|
||
ROS уже установлен на [образе для RPi для Клевера](image.md).
|
||
|
||
Для установки инструментов ROS на компьютере вы можете обратиться к [официальной документации](https://wiki.ros.org/noetic/Installation/Ubuntu) по установке. Для быстрого старта рекомендуется воспользоваться [образом виртуальной машины с ROS и симулятором Клевера](simulation_vm.md).
|
||
|
||
## Концепции
|
||
|
||
### Ноды
|
||
|
||
Основная статья: https://wiki.ros.org/Nodes.
|
||
|
||
ROS-нода[^1] – это специальная программа (обычно написанная на Python или C++), которая взаимодействует с другими нодами посредством ROS-топиков и ROS-сервисов. Разделение сложных робототехнических систем на изолированные ноды дает определенные преимущества: понижается связанность кода, повышается переиспользуемость и надежность.
|
||
|
||
Очень многие робототехнические библиотеки и драйвера выполнены именно в виде ROS-нод.
|
||
|
||
Для того, чтобы превратить обычную программу в ROS-ноду, необходимо подключить к ней библиотеку `rospy` (Python) или `roscpp` (C++) и добавить инициализирующий код.
|
||
|
||
Пример ROS-ноды на языке Python:
|
||
|
||
```python
|
||
import rospy
|
||
|
||
rospy.init_node('my_ros_node') # имя ROS-ноды
|
||
|
||
rospy.spin() # входим в бесконечный цикл...
|
||
```
|
||
|
||
> **Info** Любая [программа для автономного полета Клевера](programming.md) является ROS-нодой.
|
||
|
||
### Топики
|
||
|
||
Основная статья: https://wiki.ros.org/Topics.
|
||
|
||
Топик – это именованная шина данных, по которой ноды обмениваются сообщениями. Любая нода может *опубликовать* сообщение в произвольный топик, а также *подписаться* на произвольный топик.
|
||
|
||
Для каждого созданного топика должен быть задан тип сообщений, которые по нему передаются. ROS включает в себя большое количество стандартных типов сообщений, покрывающих различные аспекты робототехники, но при необходимости возможно создание собственных типов сообщений. Примеры стандартных типов сообщений:
|
||
|
||
|Тип сообщения|Описание|
|
||
|-|-|
|
||
|[`std_msgs/Int64`](https://docs.ros.org/api/std_msgs/html/msg/Int64.html)|Целое число.|
|
||
|[`std_msgs/Float64`](https://docs.ros.org/api/std_msgs/html/msg/Float64.html)|Число с плавающей точкой (дробное) двойной точности.|
|
||
|[`std_msgs/String`](https://docs.ros.org/api/std_msgs/html/msg/String.html)|Строка.|
|
||
|[`geometry_msgs/PoseStamped`](https://docs.ros.org/api/geometry_msgs/html/msg/PoseStamped.html)|Позиция и ориентация объекта с заданной [системой координат](frames.md) и временной меткой (широко используется для передачи текущей позиции робота и его частей).|
|
||
|[`geometry_msgs/TwistStamped`](https://docs.ros.org/api/geometry_msgs/html/msg/TwistStamped.html)|Линейная и угловая скорость объекта с заданной системой координат и временной меткой.|
|
||
|[`sensor_msgs/Image`](https://docs.ros.org/api/sensor_msgs/html/msg/Image.html)|Изображение (см. [статью о работе с камерой](camera.md))|
|
||
|
||
> **Info** Смотрите остальные стандартные типы сообщений в пакетах [`common_msgs`](http://wiki.ros.org/common_msgs), [`std_msgs`](https://wiki.ros.org/std_msgs), [`geometry_msgs`](https://wiki.ros.org/geometry_msgs), [`sensor_msgs`](https://wiki.ros.org/sensor_msgs) и других.
|
||
|
||
Пример публикации сообщения типа [`std_msgs/String`](https://docs.ros.org/api/std_msgs/html/msg/String.html) (строка) в топик `/foo` на языке Python:
|
||
|
||
```python
|
||
import rospy
|
||
from std_msgs.msg import String
|
||
|
||
rospy.init_node('my_ros_node')
|
||
|
||
foo_pub = rospy.Publisher('/foo', String, queue_size=1) # создаем Publisher
|
||
|
||
foo_pub.publish(data='Hello, world!') # публикуем сообщение
|
||
```
|
||
|
||
Пример подписки на топик `/foo`:
|
||
|
||
```python
|
||
import rospy
|
||
from std_msgs.msg import String
|
||
|
||
rospy.init_node('my_ros_node')
|
||
|
||
def foo_callback(msg):
|
||
print(msg.data)
|
||
|
||
# Подписываемся. При получении сообщения в топик /foo будет вызвана функция foo_callback.
|
||
rospy.Subscriber('/foo', String, foo_callback)
|
||
|
||
rospy.spin() # входим в бесконечный цикл, чтобы программа не завершила работу
|
||
```
|
||
|
||
Вы можете прочитать данные из топика однократно, используя функцию `wait_for_message`:
|
||
|
||
```python
|
||
msg = rospy.wait_for_message('/foo', String, timeout=3) # ждать сообщения в топике /foo в таймаутом 3 с
|
||
```
|
||
|
||
Также существует возможность работы с топиками с помощью утилиты `rostopic`. Например, с помощью следующей команды можно просматривать сообщения, публикуемые в топик `/mavros/state`:
|
||
|
||
```bash
|
||
rostopic echo /mavros/state
|
||
```
|
||
|
||
Команда `rostopic info` позволяет узнать тип сообщений в топике, команда `rostopic hz` — частоту публикуемых в топике сообщений.
|
||
|
||
Также данные в топиках можно визуализировать и в [графических инструментах ROS](rviz.md).
|
||
|
||
### Сервисы
|
||
|
||
Основная статья: https://wiki.ros.org/Services.
|
||
|
||
Сервис – это некоторый аналог функции, которая может быть вызвана из одной ноды, а обработана в другой. У сервиса есть имя, аналогичное имени топика, и 2 типа сообщений: тип запроса и тип ответа.
|
||
|
||
Таким образом, сервисы реализуют паттерн [*удаленного вызова процедур*](https://ru.wikipedia.org/wiki/Удалённый_вызов_процедур).
|
||
|
||
Пример вызова ROS-сервиса из языка Python:
|
||
|
||
```python
|
||
import rospy
|
||
from clover.srv import GetTelemetry
|
||
|
||
rospy.init_node('my_ros_node')
|
||
|
||
# Создаем обертку над сервисом get_telemetry пакета clover с типом GetTelemetry:
|
||
get_telemetry = rospy.ServiceProxy('get_telemetry', srv.GetTelemetry)
|
||
|
||
# Вызываем сервис и получаем телеметрию квадрокоптера:
|
||
telemetry = get_telemetry()
|
||
```
|
||
|
||
С сервисами можно также работать при помощи утилиты `rosservice`. Так можно вызвать сервис `/get_telemetry` из командной строки:
|
||
|
||
```bash
|
||
rosservice call /get_telemetry "{frame_id: ''}"
|
||
```
|
||
|
||
Больше примеров использования сервисов для автономных полетов квадрокоптера Клевер можно посмотреть в [документации ноды simple_offboard](simple_offboard.md).
|
||
|
||
### Имена
|
||
|
||
Основная статья: https://wiki.ros.org/Names.
|
||
|
||
Любой топик, сервис или параметр идентифицируется с помощью уникального имени. ROS-имя представляет собой иерархическую структуру с символом `/` в качестве разделителя (сходно с именами в файловой системе).
|
||
|
||
Примеры ROS-имен:
|
||
|
||
* `/` (глобальное пространство имен)
|
||
* `/foo`
|
||
* `/stanford/robot/name`
|
||
* `/wg/node1`
|
||
|
||
Эти имена является глобальными (аналогично полному пути в файлу в файловой системе). На практике рекомендуется использование *приватных* или *относительных* имен.
|
||
|
||
#### Приватное имя
|
||
|
||
Каждая нода может использовать собственное приватное пространство имен (соответствующее имени ноды) для своих ресурсов. Например, нода `aruco_detect` может публиковать такие топики:
|
||
|
||
* `/aruco_detect/markers`
|
||
* `/aruco_detect/visualization`
|
||
* `/aruco_detect/debug`
|
||
|
||
Когда нода ссылается на свой приватный ресурс, вместо пространства имен (`/aruco_detect/`) используется символ `~`, например:
|
||
|
||
* `~markers`
|
||
* `~visualization`
|
||
* `~debug`
|
||
|
||
Таким образом, создание топика `foo` в приватном пространство имен из Python будет выглядеть так:
|
||
|
||
```python
|
||
private_foo_pub = rospy.Publisher('~foo', String, queue_size=1)
|
||
```
|
||
|
||
#### Относительное имя
|
||
|
||
Несколько нод также могут объединяться в общее пространство имен (например, при одновременной работе нескольких роботов). Для того, чтобы ссылаться на топики с учетом общего пространства имен, в названии ресурса опускается начальный символ `/`.
|
||
|
||
Пример создание топика `foo` с учетом общего пространства имен:
|
||
|
||
```python
|
||
relative_foo_pub = rospy.Publisher('foo', String, queue_size=1)
|
||
```
|
||
|
||
> **Hint** В общем случае всегда рекомендуется использовать приватные или относительные имена ресурсов и никогда не использовать глобальные.
|
||
|
||
## Работа на нескольких машинах
|
||
|
||
Основная статья: https://wiki.ros.org/ROS/Tutorials/MultipleMachines.
|
||
|
||
Преимуществом использования ROS является возможность распределения нод на несколько машин в сети. Например, ноду, осуществляющую распознавание образом на изображении можно запустить на более мощном компьютере; ноду, управляющую коптером можно запустить непосредственно на Raspberry Pi, подключенном к полетному контроллеру и т. д.
|
||
|
||
## Дополнительные материалы
|
||
|
||
* Учебник по ROS от Voltbro - http://docs.voltbro.ru/starting-ros/.
|
||
* Другие книги по ROS - https://wiki.ros.org/Books.
|
||
|
||
[^1]: Также встречается перевод "узел".
|