ROS演習6-2020：Roombaをプログラムで動かそう

ROS演習４の知識を使いRoombaをプログラムで動かします。この演習６は演習７を問題を解くためのヒントとなっています。

まず、Robotクラスを作成し、次のメンバ関数を作成します。

  • 指定速度[m/s]で指定時間[s]だけ直進して停止するメンバ関数
    • void moveForSecond(double linear_vel, double second);
  • 指定速度[m/s]で指定の距離[m]だけ直進して停止する以メンバ関数
    • void Robot::moveToDistance(double linear_vel, double dist);
// my_robot.cpp
#include "ros/ros.h"  // rosで必要はヘッダーファイル
#include <geometry_msgs/Twist.h> // ロボットを動かすために必要
#include <nav_msgs/Odometry.h>
#include <tf/transform_broadcaster.h>
#include <tf/transform_datatypes.h>
#include "unistd.h"

using namespace std;

struct Pose {
    double x; // x座標[m] 進行方向
    double y; // y座標[m]
    double theta; // 姿勢 [rad]
};

class Robot {
private:
    Pose pos; // 位置と姿勢
    geometry_msgs::Twist vel; // 速度
    ros::NodeHandle nh; // ノードハンドラ
    ros::Publisher  pub; // パブリッシャ
    ros::Subscriber  sub_odom; //, sub_vel; // サブスクライバ
public:
    Robot();
    void setLinearVel(double linear_vel); // 並進速度の設定
    void setAngularVel(double angular_vel); // 回転速度の設定
    void setVel(double linear_vel, double angular_vel);
    void odomCallBack(const nav_msgs::Odometry::ConstPtr& msg);
    void moveForSecond(double linear_vel, double s); //　指定速度と時間で移動
    void moveForSecond2(double linear_vel, double s); //　指定速度と時間で移動
    void moveToDistance(double linear_vel, double dist); // 指定速度で指定距離を移動
};


Robot::Robot() {
    pub = nh.advertise("/create1/cmd_vel", 10,this);
    sub_odom = nh.subscribe("/create1/odom", 100, &Robot::odomCallBack, this);
    vel.linear.x  = vel.linear.y =vel.linear.z = 0.0; // 並進速度の初期化
    vel.angular.z = vel.angular.y = vel.angular.x = 0.0; // 回転速度の初期化
}

// 並進速度の設定
void Robot::setLinearVel(double linear_vel) {
    vel.linear.x = linear_vel;
    pub.publish(vel);
}

// 回転速度の設定
void Robot::setAngularVel(double angular_vel) {
    vel.angular.z = angular_vel;
    pub.publish(vel);
}

void Robot::setVel(double linear_vel, double angular_vel = 0) {
    vel.linear.x  = linear_vel;
    vel.angular.z = angular_vel;
    pub.publish(vel);
}

// /odomトピックから位置と姿勢、速度を表示
void Robot::odomCallBack(const nav_msgs::Odometry::ConstPtr& msg) {
    //ROS_INFO("Seq: %d", msg->header.seq);
    //ROS_INFO("/odom Pos (x:%f, y:%f, z:%f)", msg->pose.pose.position.x,msg->pose.pose.position.y, msg->pose.pose.position.z);
    pos.x = msg->pose.pose.position.x;
    pos.y = msg->pose.pose.position.y;
    tf::Quaternion q(msg->pose.pose.orientation.x, msg->pose.pose.orientation.y, msg->pose.pose.orientation.z, msg->pose.pose.orientation.w);
    tf::Matrix3x3 m(q);
    double roll, pitch, yaw;
    m.getRPY(roll, pitch, yaw);
    pos.theta = yaw;

    //ROS_INFO("/odom Pose (roll:%f, pitch:%f, yaw:%f) ", roll, pitch, yaw);
    //ROS_INFO("Vel (Linear:%f, Angular:%f)", msg->twist.twist.linear.x,msg->twist.twist.angular.z);
}

void Robot::moveForSecond(double linear_vel, double s)
{
    setVel(linear_vel); //  指定速度で進む
    ros::Duration(s).sleep(); // s秒間スリープ
    setVel(0); // 停止
}

void Robot::moveForSecond2(double linear_vel, double s)
{
    static ros::Time begin = ros::Time::now();
    static int step = 0;

    ros::Duration diff(0,0); // diff.sec = diff.nsec = 0と同じ
    setVel(linear_vel);

    ros::Rate rate(50);  // ループの頻度を設定
    rate.sleep();

    while (diff < ros::Duration(s)) {
        ros::spinOnce();
        if (step++ == 0) begin = ros::Time::now();

        diff = ros::Time::now() - begin;
        ROS_INFO("ROS diff: %u.%u",diff.sec,diff.nsec);
        rate.sleep();
    }
    setVel(0);
}

void Robot::moveToDistance(double linear_vel, double dist)
{
    double d = 0;
    Pose init_pos = pos;

    setVel(linear_vel);

    ros::Rate rate(50);  // ループの頻度を設定
    while (d < dist) {
        ros::spinOnce();
        d = sqrt((pos.x - init_pos.x) *  (pos.x - init_pos.x)
                 + (pos.y - init_pos.y) *  (pos.y - init_pos.y));
        ROS_INFO("distance=%.3f[m]",d);
        rate.sleep();
    }
    setVel(0);
}

int main(int argc, char **argv)
{
    ros::init(argc, argv, "my_robot");

    // ros::init()の前にノードハンドラーを生成するとエラーになるので、
    // クラス化した場合はオブジェクトの生成はinitの後で行うこと。
    Robot robot;

    double v = 0.2; // 速度[m/s]
    double t = 5.0; // 時間[s]

    ROS_INFO("moveSecond:begin");
    robot.moveForSecond2(v, t); // 指定した速度と時間で進む
    ROS_INFO("moveSecond:end");

    ros::Duration(3).sleep(); // 3秒間停止

    double d = 3.0; // 距離[m]
    ROS_INFO("moveToDistance:begin");
    robot.moveToDistance(v, d); // 指定した速度で指定距離を進む
    ROS_INFO("moveToDistance:end");

    return 0;
}
  • 以下ファイルをダウンロードして~/catkin_ws/srcの下にコピーする。
    • ホームディレクトリのsrcディレクトリを作成し、移動する。
      • $ mkdir ~/src
      • $ cd ~/src
    • ダウンロードする。
      • 学内
        • $ git clone https://github.com/demulab/robot_programming2.git
      • 学外
        • $ git clone https://github.com/demulab/robot_programming2.git -c http.proxy=""
    • ~/catkin_ws/srcの下にコピーする。
      • $ cp -r ~/src/robot_programming2/my_robot ~/catkin_ws/src/.
  • ビルドする
    • $ cd ~/catkin_ws/src
    • $ tar xvf my_robot.tar
    • $ cd ~/catkin_ws
    • $ catkin build my_robot
  • gazeboでの実行
    • 端末を2つ開き、各端末で以下のコマンドを実行する。
    • $ roslaunch ca_gazebo create_empty_world.launch
    • $ rosrun my_robot my_robot
    • 実行すると速度0.2[m/s]で5秒間直進し、3秒停止、速度0.2[m/s]で3[m]直進して停止する。

演　習

  • 準備
  •  基本動作
    1. Roombaを指定速度[m/s]で直進する以下のメンバ関数を作ろう。
      • void Robot::moveAtSpeed(double linear_vel)
    2. Roombaを指定角速度[rad/s]で回転する以下のメンバ関数を作ろう。
      • void Robot::turnAtSpeed(double ang_vel)
    3. Roombaを指定速度[m/s]で指定の距離[m]だけ直進して停止する以下のメンバ関数を作ろう。
      • void Robot::moveToDistance(double linear_vel, double dist)
    4. Roombaを指定角速度[°/s]で指定の角度[°]だけ回転して停止する以下のメンバ関数を作ろう。
      • void Robot::turnToAngle(double ang_vel, double angle)
    5. Roombaを指定位置（ロボット座標系）へ移動する以下のメンバ関数を作ろう。なお、ROSの座標系なのでロボットの進行方向がx、左方向がy軸の正方向です。
      • void Robot::moveToPoint(double x, double y)

終わり。お疲れ様！

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