ROS (The Robot Operating System) je open-source balík knihoven a nástrojů, které pomáhají při stavbě a vývoji robotických systémů. Software obsahuje ovladače určitých zařízení, nástroje pro snadnou vizualizaci dat, posílání zpráv a další užitečné věci. Software používající ROS může být v jazycích Python, C++, Lisp a experimentálně v Javě nebo v jazyce Lua.

Software používající ROS je rozčleněn do tzv. nodů.

Nod je základní prvek celého ROS systému, je to jeden program, který je připojen k master-nodu. Každý node může komunikovat navzájem s ostatními pomocí připraveného messaging systému. Zprávy můžou existovat dvojího typu.

Zprávy můžou obsahovat typy dat, které jsou nadefinované v souboru (.msg). Zpráva může obsahovat jednu nebo více hodnot.

.msg soubor může vypadat například takto

string name
float32 hodnota

Takováto zpráva pak předává dvě hodnoty. První jako řetězec znaků a druhou jako číslo s desetinou tečkou. Každá zpráva má své téma (topic) nastavené při odeslání z nodu - (publisher). Zprávu přijme nod - (subscriber), který má pro dané téma nastavený příjem.

Servise je typ zprávy, který je definován obdobně jako zpráva (msg) pomocí souboru .srv. Navíc má tu vlastnost, že zpráva míří k určitému nodu, který na zprávu odpoví způsobem předepsaným v souboru .srv. Servis se není vhodný pro dlouhotrvající funkce, protože klient čeká na odpověď. Jen například pro čtení senzorů, získání dat atd…

příklad .srv souboru

string name
float32 hodnota
---
bool stav

Akce jsou typy zpráv určené pro dlouhotrvající akce. Je to obdoba servisu popsaného výše. Při jejich spuštění se nečeká na dokončení akce jako je tomu u servisů a spouštěcí klient muze mezitím provádět jinou činnost. Dlouhotrvající proces může během svého průběhu posílat informace o sobě (například procento dokončení, rychlost průběhu a další…) a při dokončení pošle další zprávu.

Toto je vhodné například, když se robot má někam pohybovat a je třeba mezitím kontrolovat ostatní součásti robota jako senzory atd…

Akce se definuje obdobně jako předchozí dva typy zpráv souborem .action:

string name         # parametry předané při startu akce
float32 hodnota
---
int32 hodnota       # informace o stavu průběhu
---
bool stav           # informace o dokončení celé akce
int32 hodnota

Master node je nod, který se spouští příkazem roscore. Slouží k snazšímu nalezení nodů navzájem, nod tedy musí být vždy spuštěn. Do tohoto nodu lze ukládat konfigurační data, které si může kterýkoliv nod získat podle jména.

Oficiální dokumentace, příklady a tutoriály jsou k dispozici zde: wiki.ros.org.

Sdílení dat mezi nody (zprávy, servisy, master-node, …) po síti není pro ROS žádný problém a je to vyřešeno velmi jednoduše a funkčně.

Jeden počítač, na kterém běží master-node roscore je ten, na který se ostatní počítači připojují. Na vzdáleném počítači (bez master-node) spustím tento příkaz:

export ROS_MASTER_URI='http://telescopeC.local:11311'

Kde nastavím jméno počítače (nebo jeho IP adresu) (v tomto případě telescopeC.local) a port master-nodu. Ten zjistíme z jeho výpisu při spuštění, jako výchozí je port 11311.

Podrobnější popis Podrobnější popis 2

Přidání repozitářů do systému (funguje pouze pro ubuntu Trusty (14.04), Utopic (14.10) a Vivid (15.04))

sudo sh -c 'echo "deb http://packages.ros.org/ros/ubuntu $(lsb_release -sc) main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'

Instalace klíčů:

 sudo apt-key adv --keyserver hkp://ha.pool.sks-keyservers.net:80 --recv-key 0xB01FA116

Následně zaktualizovat seznam repozitářů:

sudo apt-get update

Nyní je možné nainstalovat i jen části ROSu podle účelu použití. Na pracovní desktop s monitorem se hodí celá verze, která obsahuje nástroje i snadný debugging nebo vizualizaci dat. Na Odroid bych doporučil buď desktop nebo základní verzi.

• Celá verze: ROS, rqt, rviz, knihovna pro roboty, 2D/3D simulace, navigace and 2D/3D precepce

sudo apt-get install ros-jade-desktop-full

• Desktopová verze: ROS, rqt, rviz, a knihovny pro roboty

sudo apt-get install ros-jade-desktop

• Základní verze: ROS a základní komunikační balíčky. Bez grafických nástrojů.

sudo apt-get install ros-jade-ros-base

Jednotlivé balíčky lze kdykoliv doinstalovat.

Po nainstalování je potřeba inicializovat a aktualizovat program rosdep

sudo rosdep init
rosdep update

Ještě je potřeba nastavit prostředí terminálu. To lze udělat na stálo takto:

echo "source /opt/ros/jade/setup.bash" >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc

nebo pro aktuální session terminálu spuštěním . /devel/setup.bash v pracovním repozitáři

Postup instalace je převzat z oficiálního postupu dostupného online. Popisovaný postup je pro OS Ubuntu (Wily 15.10 a Xenial 16.04)

sudo sh -c 'echo "deb http://packages.ros.org/ros/ubuntu $(lsb_release -sc) main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'
sudo apt-key adv --keyserver hkp://ha.pool.sks-keyservers.net:80 --recv-key 0xB01FA116
sudo apt update

• Celá verze: ROS, rqt, rviz, knihovna pro roboty, 2D/3D simulace, navigace and 2D/3D precepce

sudo apt install ros-kinetic-desktop-full

• Desktopová verze: ROS, rqt, rviz, a knihovny pro roboty

sudo apt install ros-kinetic-desktop

• Základní verze: ROS a základní komunikační balíčky. Bez grafických nástrojů.

sudo apt install ros-kinetic-ros-base

Po instalace je potřeba nastavit závislosti uvnitř ROSu.

sudo rosdep init
rosdep update

export CMAKE_PREFIX_PATH=/opt/ros/kinetic/

Pro snadné spouštění je vhodné nastavit prostředí terminálu nastálo.

echo "source /opt/ros/kinetic/setup.bash" >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc

Tím je instalace ROSu dokončena… Můžete pokračovat na nastavení systému AROM.

• Desktop Ubuntu amd64 16.04.1 LTS - ROS Kinematic Kame - OK
• Desktop Ubuntu amd64 14.04 LTS - ROS Kinematic Kame - OK
• Desktop Ubuntu amd64 14.04 LTS - ROS Jade - OK
• Odroid C1 Ubuntu 14.04 - ROS Jade - OK
• Odroid C1 Ubuntu 14.04 - ROS Kinetic Kame - OK
• Odroid C1+ Ubuntu 16.04.02 - ROS Kinetic Kame - OK 03/2017
• Odroid C2 Debian Jessie - ROS Kinetic Kame - OK
• Odroid C2 Ubuntu 16.04 LTS - ROS Kinetic Kame - OK 03/2017

ROS_sensor-UI je software pro vizualizaci dat ze senzorů připojených pomocí knihovny pymlabu.

Pro rozfungování ROS_sensor-UI je potřeba mít nainstalovaný ROS v základní (nebo vyšší) verzi a pymlab.

Nejdříve stáhneme repozitář a vybereme vývojovou větev s ROS implementací

git clone git@github.com:MLAB-project/sensor-ui.git ROS_sensor-ui
cd ROS_sensor-ui && git checkout ROS_sensor-ui

Nyní si ROS_sensor-UI přeložíme pomocí: Překládají se například soubory popisující zprávy

catkin_make

Nyní můžeme spustit master-node

roscore

cd ROS_sensor-ui/ && . devel/setup.bash

V dalším terminálu si spustíme ROSpymlabServer.py

rosrun sensor_server ROSpymlabServer.py

nyní jsme si spustili server, který ovládá pymlab zařízení. Server se sám nepřípojí. Čeká na zprávu od klienta, která mu řekne jaké pymlab schéma sítě má použít.

Klienta z repozitáře spustíme následovně:

rosrun sensor_server example_client_lts_sht.py

Ke správné funkci tohoto příkladu je potřeba připojených senzorů vlhkoměru SHT25 a teploměru LTS

Nyní by jste v terminálu serveru měli vidět jednotlivé senzory a data z nich. Takový řádek vypadá nějak takto:

sht25 get_hum 43.5987 || sht25 get_temp 24.9653 || lts01 get_temp 50.2070 || 

Jako výstup jsou zprávy vlastní struktury, které obsahují informace o senzoru, jménu hodnoty (funkce, kterou se v pymlabu získá) a její hodnotu. Zprávy mají nastavené téma pymlab_data

Struktura zpráv je definována takto:

string name
float32 value

Jako jeden z užitečných nástrojů balíku ROS je rqt_plot, což je grafický program, který přijímá zpávy s určitým tématem a ty zobrazuje na monitoru. Zobrazení je provedeno pomocí knihovny Matplotlib, QwtPlot nebo PyQtGraph.

Aby bylo možné data zobrazit pomocí rqt_plot je třeba mít data z jednotlivých rozdělena tak, aby každá měla vlastní téma. To zajišťuje příkladový kód example_plotter.py, který spustíme takto.

rosrun sensor_server example_plotter.py

a pak samotný rqt_plot příkazem:

rqt_plot

V otevřeném okně si pak můžete nastavit zobrazovaná data. V použití s příkladovým kódem nás zajímají data s tématem /pymlab/sht25/get_temp, /pymlab/sht25/get_temp a /pymlab/lts01/get_temp

Výstup pak vypadá takto:

rqt_plot je možné spustit na jiném počítači než jsou připojeny senzory a to při zprovoznění sdílení zpráv popsaném výše „Sdílení dat po síťi“

Pro zprovoznění zobrazení ve webovém prohlížeči je potřeba doinstalovat software ros_bridge.

sudo apt-get install ros-jade-rosbridge-suite
source /opt/ros/jade/setup.bash

rosbridge se pak spustí tímto příkazem.

roslaunch rosbridge_server rosbridge_websocket.launch

Pro zobrazení stránky stáhněte soubor real_time_graph.html. V něm je nejdříve potřeba na řádku 76 upravit adresa k zařízení s rosbridge. Je možné zde napsat i IP adresa (pro systém windows).

ros.connect('ws://telescopeC.local:9090');

Dobrý návod pro začátky s ROSem je oficiální wiki stránka nebo tutoriál ROS 101: Intro to ROS

• AROM - Autonomous robotic observatory manager
• Inteligentní ovladač žaluzií.