ROS Robot Operating System. Diones Fischer Felipe Almeida Luan Silveira Matheus Longaray Silvia S. C. Botelho

Transcrição

1 ROS Robot Operating System Diones Fischer Felipe Almeida Luan Silveira Matheus Longaray Silvia S. C. Botelho

2 Introdução Dificuldades na criação de softwares robóticos: Cada robô possui um protocolo de comunicação Cada câmera captura a imagem em um formato diferente Como rodar os vários sensores em computadores diferentes? Como gerenciar a comunicação entre eles? Cada novo sistema deve ser implementado do zero?

3 O que é ROS? ROS = Robot Operating System Plataforma Distribuída Provê abstrações na troca de mensagens Drivers para dispositivos Manipulação de arquivos

4 Onde eu posso rodar o ROS? Suportado: Ubuntu e anteriores. Experimental: OS X (Homebrew) Gentoo Android Debian Arch Linux OpenSUSE Fedora Windows

5 Distribuições do ROS ROS Box Turtle, released March 2, 2010 ROS C Turtle, released August 2, 2010 ROS Diamondback, released March 2, 2011 ROS Electric Emys, released August 30, 2011 ROS Fuerte Turtle, released April 23, 2012

6 Como é organizado o ROS? Packages: Manifest: Entidade de mais baixo nível na organização do software ROS. Pode conter bibliotecas, ferramentas, executáveis, etc. É a descrição de um pacote. Sua função mais importante é definir dependências entre pacotes. Stack: Coleção de pacotes, que formam uma biblioteca de mais alto nível. Stack Manifest: Igual ao manifesto de um package, para descrever uma stack.

7 Sistema de arquivos do ROS

8 Conceitos Básicos - Nodo Qualquer executável que utilize o framework ROS. Nodo 1 Nodo 3 roscore Nodo 2 Nodo 4

9 Conceitos Básicos - Tópico Mecanismo para troca de mensagens entre os nodos Subscriber Publisher Tópico Modelo Publisher/Subscriber Ex. Distribuição da imagem de uma câmera Subscriber Subscriber

10 Conceitos Básicos - Tópico Mecanismo para troca de mensagens entre os nodos Subscriber Publisher Tópico Subscriber Subscriber Nodos

11 Conceitos Básicos - Serviço Mecanismo para requisição e resposta Requisição Cliente Service Servidor Resposta Modelo Cliente/Servidor Ex. Um nodo precisa saber a hora em um servidor central

12 Conceitos Básicos - Serviço Mecanismo para requisição e resposta Requisição Cliente Service Servidor Resposta Nodos

13 Mensagens ROS Meio de comunicação do ROS Todas as mensagens são definidas em arquivos de texto Suporta: Dados primitivos (int, float, strings) Outras mensagens anteriormente definidas Array de dados

14 Tipos de Mensagens do ROS GridCells Odometry Image LaserScan PointCloud PoseArray Polygon E mais...

15 Mensagens ROS

16 Comandos ROS roscore É o núcleo do ROS Gerencia a comunicação entre os nodos Ex.: roscore -p 1234 roslaunch Ferramenta para lançar nodos Inicia roscore automaticamente Ex.: roslaunch <package> file.launch

17 Comandos ROS roscreate-pkg Cria novo diretório do pacote Inclui automaticamente arquivos build e manifest Ex.: roscreate-pkg <package> depend1 depend2 (roscreate-pkg turtlesim roscpp std_msgs...) rosdep Instala dependências de um pacote Ex.: rosdep <package> (rosdep turtlesim )

18 Comandos ROS rosmake Utilizado para compilar um pacote Ex.: rosmake <package> (rosmake turtlesim ) rosrun Utilizado para executar um nodo Ex.: rosrun <package> <nodo> (rosrun turtlesim turtlesim_node )

19 Comandos ROS roscd Utilizado para navegar no sistema de arquivos Ex.: roscd <filename> (roscd turtlesim) rosls Utilizado para listar os arquivos de um diretório Ex.: rosls <filename> (rosls turtlesim)

20 Comandos ROS rostopic Divulga informações sobre tópicos disponíveis Diversidade de comandos echo: mostra mensagens de um tópico Ex.: rostopic echo /topic_name list: lista todos tópicos disponíveis Ex.: rostopic list pub: publica mensagem no tópico Ex.: rostopic pub -r 10 /topic_name std_msgs/string Hello info: mostra informações de um tópico Ex.: rostopic info /topic_name

21 Executando um exemplo Em um terminal, execute o roscore: roscore Em outro terminal, vamos compilar e executar o pacote turtlesim: rosmake turtlesim rosrun turtlesim turtlesim_node Em um novo terminal, execute o nodo responsável pelo controle da tartaruga. rosrun turtlesim turtle_teleop_key O último terminal permite mover a tartaruga utilizando as setas direcionais

22 Criando um Publisher/Subscriber Em um terminal, crie um pacote: roscreate-pkg tutorial_ros roscpp std_msgs Vá para o diretório do pacote, digitando: roscd tutorial_ros

23 Criando um Publisher/Subscriber talker.cpp #include "ros/ros.h" #include "std_msgs/string.h" #include <string> int main(int argc, char **argv){ ros::init(argc, argv, "talker"); ros::nodehandle n; ros::publisher chatter_pub = n.advertise<std_msgs::string>("chatter", 1000); ros::rate loop_rate(10); std_msgs::string msg; msg.data = std::string("hello World"); while(ros::ok()){ chatter_pub.publish(msg); ros::spinonce(); loop_rate.sleep(); } return 0; }

24 Criando um Publisher/Subscriber talker.cpp #include "ros/ros.h" #include "std_msgs/string.h" #include <string> Inicialização do ROS, com o nome do nodo int main(int argc, char **argv){ Criação do tópico chatter, para envio de mensagens ros::init(argc, argv, "talker"); ros::nodehandle n; ros::publisher chatter_pub = n.advertise<std_msgs::string>("chatter", 1000); ros::rate loop_rate(10); std_msgs::string msg; msg.data = std::string("hello World"); Criação da mensagem Publicação da mensagem while(ros::ok()){ chatter_pub.publish(msg); ros::spinonce(); loop_rate.sleep(); } return 0; } Controle da taxa de envio

25 Criando um Publisher/Subscriber listener.cpp #include "ros/ros.h" #include "std_msgs/string.h" void chattercallback(const std_msgs::string::constptr& msg) { ROS_INFO("I heard: [%s]", msg->data.c_str()); } int main(int argc, char **argv){ ros::init(argc, argv, "listener"); ros::nodehandle n; ros::subscriber sub = n.subscribe("chatter", 1000,chatterCallback); ros::spin(); return 0; }

26 Criando um Publisher/Subscriber listener.cpp #include "ros/ros.h" #include "std_msgs/string.h" Função callback para tratamento das mensagens recebidas void chattercallback(const std_msgs::string::constptr& msg) { ROS_INFO("I heard: [%s]", msg->data.c_str()); } int main(int argc, char **argv){ Inicialização do ROS, com o nome do nodo ros::init(argc, argv, "listener"); ros::nodehandle n; ros::subscriber sub = n.subscribe("chatter", 1000,chatterCallback); ros::spin(); return 0; } Inscrição no tópico chatter. A partir de agora o nodo irá receber todas as mensagens enviadas para esse tópico. Entra em loop, aguardando mensagens

27 Criando um Publisher/Subscriber Com qualquer editor de texto, abra o arquivo CMakeLists.txt. Adicione as seguintes linhas: rosbuild_add_executable(talker src/talker.cpp) rosbuild_add_executable(listener src/listener.cpp) Compile o pacote, digitando: rosmake tutorial_ros

28 Criando um Publisher/Subscriber Execute o roscore: roscore Em um novo terminal, execute: rosrun tutorial_ros talker Em um outro terminal, execute: rosrun tutorial_ros listener

29 Criando um Service/Client Em um terminal, crie um pacote: roscreate-pkg tutorial_2_ros roscpp std_msgs Vá para o diretório do pacote, digitando: roscd tutorial_2_ros Crie uma pasta srv: mkdir srv

30 Criando um Service/Client Ao invés de criarmos um novo serviço, iremos copiar um serviço existente: roscp rospy_tutorials AddTwoInts.srv srv/addtwoints. srv Para gerar o serviço, abra com um editor de texto o arquivo CMakeLists.txt Remova o # para descomentar a seguinte linha: #rosbuild_gensrv()

31 Criando um Service/Client service.cpp #include "ros/ros.h" #include "tutorial_2_ros/addtwoints.h" bool add(tutorial_2_ros::addtwoints::request &req, tutorial_2_ros::addtwoints::response &res ) { res.sum = req.a + req.b; ROS_INFO("request: x=%ld, y=%ld", (long int)req.a, (long int)req.b); ROS_INFO("sending back response: [%ld]", (long int)res.sum); return true; } int main(int argc, char **argv) { ros::init(argc, argv, "add_two_ints_server"); ros::nodehandle n; ros::serviceserver service = n.advertiseservice("add_two_ints", add); ROS_INFO("Ready to add two ints."); ros::spin(); return 0; }

32 Criando um Service/Client service.cpp #include "ros/ros.h" #include "tutorial_2_ros/addtwoints.h" Serviço bool add(tutorial_2_ros::addtwoints::request &req, tutorial_2_ros::addtwoints::response &res ) { res.sum = req.a + req.b; ROS_INFO("request: x=%ld, y=%ld", (long int)req.a, (long int)req.b); ROS_INFO("sending back response: [%ld]", (long int)res.sum); return true; } int main(int argc, char **argv) Inicialização do ROS { ros::init(argc, argv, "add_two_ints_server"); ros::nodehandle n; ros::serviceserver service = n.advertiseservice("add_two_ints", add); ROS_INFO("Ready to add two ints."); ros::spin(); Criação do tópico para disponibilizar o serviço return 0; } Entra em loop, aguardando requisições

33 Criando um Service/Client client.cpp #include "ros/ros.h" #include "tutorial_2_ros/addtwoints.h" #include <cstdlib> int main(int argc, char **argv) { ros::init(argc, argv, "add_two_ints_client"); if (argc!= 3) { ROS_INFO("usage: add_two_ints_client X Y"); return 1; } ros::nodehandle n; ros::serviceclient client = n.serviceclient<tutorial_2_ros::addtwoints>("add_two_ints"); tutorial_2_ros::addtwoints srv; srv.request.a = atoll(argv[1]); srv.request.b = atoll(argv[2]); if (client.call(srv)) { ROS_INFO("Sum: %ld", (long int)srv.response.sum); } else { ROS_ERROR("Failed to call service add_two_ints"); return 1; } return 0; }

34 Criando um Service/Client client.cpp #include "ros/ros.h" #include "tutorial_2_ros/addtwoints.h" #include <cstdlib> int main(int argc, char **argv) Inicialização do ROS { ros::init(argc, argv, "add_two_ints_client"); if (argc!= 3) { ROS_INFO("usage: add_two_ints_client X Y"); return 1; } Descrição do tópico à ser requisitado ros::nodehandle n; ros::serviceclient client = n.serviceclient<tutorial_2_ros::addtwoints>("add_two_ints"); tutorial_2_ros::addtwoints srv; Instanciação da classe Serviço. Classe contém dois srv.request.a = atoll(argv[1]); membros: request e response. srv.request.b = atoll(argv[2]); if (client.call(srv)) { ROS_INFO("Sum: %ld", (long int)srv.response.sum); Realiza requisição do serviço. Chamadas de serviço } são bloqueantes, então se a chamada for sucedida, else call() retornará verdadeiro e o valor srv.response será { válido. ROS_ERROR("Failed to call service add_two_ints"); return 1; } return 0; }

35 Criando um Service/Client Na pasta src, crie o arquivo service.cpp e client.cpp Com qualquer editor de texto, abra o arquivo CMakeLists.txt. Adicione as seguintes linhas: rosbuild_add_executable(client src/client.cpp) rosbuild_add_executable(service src/service.cpp) Compile o pacote, digitando: rosmake tutorial_2_ros

36 Criando um Service/Client Execute o roscore: roscore Em um novo terminal, execute: rosrun tutorial_2_ros service Em um outro terminal, execute: rosrun tutorial_2_ros client 1 3

37 Ferramentas de Visualização rxgraph Mostra uma visualização dos nodos que estão sendo executados no ROS. Uso: rxgraph [opções] Opções: -o nomedoarquivo Salva o gráfico gerado num aquivo.dot

38 rxgraph

39 Ferramentas de Visualização rxconsole É um visualizador que mostra as mensagens que estão sendo publicadas ao longo do tempo, e permite uma visualização mais detalhada delas. Uso: rxconsole

40 rxconsole

41 Ferramentas de Visualização rxbag É uma ferramenta de interface com o usuário que permite visualizar, inspecionar e rever um histórico de mensagens do ROS. Uso: rxbag nomedoarquivo rxbag [opções] Exemplo: rxbag --record /nomedotópico Opções:

42 rxbag

43 Ferramentas de Visualização rxplot É uma ferramenta do pacote rxtools que serve para plotar informações de nodos do ROS. Uso: rxplot /topixo1/campo1 /topico2/campo2 rxplot /topixo1/campo1,/topico2/campo2 rxplot /topixo1/campo1:campo2:campo3 Opções:

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45 Ferramentas de Visualização rviz É uma ferramenta para ambientes 3D do ROS. Uso: a. compilar: rosmake rviz b. executar: rosrun rviz rviz Opções:

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47 rviz Adicionar novo Display:

48 rviz Status de um Display: 1. OK 2. Warning 3. Error 4. Disabled

49 rviz

50 Demonstração rviz + Kinect

51 Integração com OpenCV Biblioteca de visão computacional em tempo real ROS possui tipo de mensagem próprio CvBridge biblioteca que provê interface entre ROS e OpenCV

52 Integração com OpenCV

53 Demonstração com OpenCV Detecção de círculos Detecção de linhas (UWSim)

54 Vídeo Demonstração - Lego NXT

55 Mais Informações ros.org youtube.com/user/willowgaragevideo code.ros.org youtube.com/watch?v=fxxbup-4800

56 Download da Apresentação bit.ly/sacomp_ros

57 ROS - Robot Operating System Obrigado! Perguntas? Diones Fischer - dionesf@gmail.com Felipe Almeida - feliperalmeida@gmail.com Matheus Longaray - longaray.matheus@gmail. com