ROSの基本的な開発

ROSのワークスペースを作る

ROSのワークスペースを作ります。以下のコマンドを入力してください。また、ROSに関するツールを使えるようにするため、パスを通しておきます。

mkdir -p ros_ws/src
cd ros_ws
source /opt/ros/indigo/setup.bash

ここで一度makeしておきます。ROSではcatkin_makeというコマンドを使ってワークスペースのプロジェクトをビルドします。また、初回でこのコマンドを行えばワークスペースに必要なファイルやディレクトリが生成されます。

catkin_make

catkin_makeしたら以下のようなファイル階層になっていると思います。

ros_ws
|--build
|--devel
|--src

build
ビルドに関する設定やmakeのlogのファイルが入っています。
devel
実行ファイルやmakeによって生成されたものが入っています。
src
ユーザがソースコードを保存する場所です。

これでワークスペースはできました。

ROSパッケージを作る

ROSでは任意の機能をつめたソフトウェアの集合をパッケージと呼びます。パッケージの雛型はcatkin_create_pkgで作成することができます。またcatkin_create_pkgのコマンド引数は以下のとおりです。

catkin_create_pkg [package_name] [depend1] [depends2] ...

コンソールに以下のコマンドを入力してください。

cd src
catkin_create_pkg ros_adder roscpp rospy std_msgs

この場合、パッケージの名前はros_adder、また依存関係を持たせるパッケージはroscpp、std_msgs，sensor_msgsということになります。ワークスペースでもう一度catkin_makeしましょう。

cd ~/ros_ws/
catkin_make

ROSのコーディング

ここではROSの具体的なコーディングを行います。

ROS message

ROSでは処理に必要なデータは基本的にメッセージとして通信を行ないます。そのメッセージのデータ構造はさまざまなデータ型から任意のものを選択して独自のデータ構造にすることができます。たとえば、データ型には以下のものがあります。

int8, int16, int32, int64 (plus uint*)
float32, float64
string
time, duration
other msg files
variable-length array[] and fixed-length array[C]

またメッセージに関するクラスが定義されているヘッダーは/opt/ros/indigo/include内にあります。
簡単なメッセージファイルを作ってみましょう。

cd ~/ros_ws/src/ros_adder
mkdir msg; cd msg
touch Adder.msg
emacs Adder.msg

メッセージファイルAdder.msgの中には以下の記述をしてください。このmsgファイルでは32bitのsigned int型の変数を1個，sensor_msgs/Image型の変数を1個保有していることになります。

Adder.msg

int32 arg_x
int32 arg_y

このメッセージファイルを元にメッセージ型を定義するヘッダファイルが生成されます。ヘッダファイル生成の設定を行うため以下のファイルを編集してください。

 cd ~/ros_ws/src/ros_adder
 emacs CMakeLists.txt

CMakeLists.txt

#該当意部分がはコメント解除して適宜修正
#7行目あたり
find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS
    roscpp
    rospy
    std_msgs
+ message_generation
)

#45行目あたり
## Generate messages in the 'msg' folder
add_message_files(
     FILES
- #   Message1.msg
- #   Message2.msg
+    Adder.msg
 )

#66行目あたり
generate_messages(
     DEPENDENCIES
     std_msgs
)

#104行目あたり
catkin_package(
#　 INCLUDE_DIRS include
    LIBRARIES ros_adder
    CATKIN_DEPENDS roscpp rospy std_msgs
    DEPENDS system_lib
)

catkin_makeしましょう。

cd ~/ros_ws
catkin_make

catkin_makeに成功すると以下のディレクトリにメッセージを定義したPythonコードが生成されます。

ls ~/ros_ws/devel/lib/python2.7/dist-packages/ros_adder/msg/
_Adder.py  __init__.py

ROSのノードを記述する

ROSのノードをPythonで記述していきます。

cd ~/ros_ws/src/ros_adder/
mkdir scripts; cd scripts
touch para_in.py adder.py

para_in.py：処理に必要なデータをPublishするPublisher
adder.py：publisherから受け取ったデータを表示するSubscriber

Publisherを作る

以下に示すコードがPublisherとなります。なお、コード中のAPIの説明などはコメントによって記しています。
para_in.py

#!/usr/bin/python
# -*- coding: utf-8 -*-
# license removed for brevity

# pythonでROSのソフトウェアを記述するときにimportするモジュール
import rospy

# 自分で定義したmessageファイルから生成されたモジュール
from ros_adder.msg import Adder

def para_in():
    # 初期化宣言 : このソフトウェアは"para_in"という名前
    rospy.init_node('para_in', anonymous=True)

    # nodeの宣言 : publisherのインスタンスを作る
    # input_dataというtopicにAdder型のmessageを送るPublisherをつくった
    pub = rospy.Publisher('input_data', Adder, queue_size=100)

    # 1秒間にpublishする数の設定
    r = rospy.Rate(5)

    para_x = 0
    para_y = 2

    # Adder型のmessageのインスタンスを作る
    msg = Adder()

    # ctl +　Cで終了しない限りwhileループでpublishし続ける

    while not rospy.is_shutdown():

        msg.arg_x = para_x
        msg.arg_y = para_y

        # publishする関数
        pub.publish(msg)
        print "published arg_x=%d arg_y=%d"%(msg.arg_x,msg.arg_y)
        para_x += 1
        para_y += 1

        r.sleep()

if __name__ == '__main__':
    try:
            para_in()

    except rospy.ROSInterruptException: pass

Subscriberをつくる

以下に示すコードがSubscriberとなります。なお、コード中のAPIの説明などはコメントによって記し、Publisherと同じ部分のコメントは省いています。

adder.py

#!/usr/bin/python
# -*- coding: utf-8 -*-
# license removed for brevity
import rospy
from ros_adder.msg import Adder

# Subscribeする対象のトピックが更新されたら呼び出されるコールバック関数
# 引数にはトピックにPublishされるメッセージの型と同じ型を定義する
def callback(data):
    # 受けとったmessageの中身を足し算して出力
    print data.arg_x + data.arg_y

def adder():
    rospy.init_node('adder', anonymous=True)

    # Subscriberとしてimage_dataというトピックに対してSubscribeし、トピックが更新されたときは
  # callbackという名前のコールバック関数を実行する
    rospy.Subscriber('input_data', Adder, callback)

    # トピック更新の待ちうけを行う関数
    rospy.spin()

if __name__ == '__main__':
    adder()

2つのファイルの記述が終わったら、ビルドしましょう。

cd ~/ros_ws/
catkin_make

ROSで作ったノードを実行してみる

ビルドが成功したら、さっそく実行してみましょう。現在開いているコンソールほかにもう2つのコンソールを開き以下のコマンドを上からそれぞれ入力してください。

1つ目のコンソール
ROSではroscoreというコマンドを始めに起動することでさまざまなソフトウェアをスタートすることができます。具体的にはroscoreはネームサービスなどを行います。

cd ~/ros_ws
source devel/setup.bash
roscore

2つ目のコンソール
ROSでは各ノードの実行はrosrunというコマンドによって実行されます。 ROSにおいて単体のノード実行は基本的にrosrunで行います。 subscriberを起動します。

cd ~/ros_ws
source devel/setup.bash
rosrun ros_adder adder.py

3つ目のコンソール
publisherを起動します。

cd ~/ros_ws
source devel/setup.bash
rosrun ros_adder para_in.py

起動に成功したら以下のような結果が得られます。
実行を止めたいときはCtrl + Cで止まります。

root@localhost:~/ros_ws# rosrun ros_adder para_in.py
published arg_x=0 arg_y=2
published arg_x=1 arg_y=3
published arg_x=2 arg_y=4
published arg_x=3 arg_y=5
published arg_x=4 arg_y=6
published arg_x=5 arg_y=7

root@localhost:~/ros_ws# rosrun ros_adder adder
2
4
6
8
10
12
14

コマンドまとめ

catkin_make - ワークスペース内のパッケージを一括ビルドするコマンド
catkin_create_pkg - ROSにおけるパッケージの雛形を作るコマンド
roscore - ROSのネームサービス、マスタ
rosrun - ROSの単体ノードを起動する際に使用するコマンド