HARD2021: Gazeboシミュレータでルンバを動かそう！

Gazeboシミュレータを使い、ルンバ(Roomba)を動かします。本記事ではカナダのSimon Fraser University, Autonomy Lab.のJacob PerronさんのフォークしたiRobot社のRoomba,　Create2用のROSドライバー create_autonomyを使います。gazebo用のlaunchファイルもあり、Raspberry Pi4(RPi4)でも動きます。ただし、RPi4ではソースコードを少し改変する必要があります。

なお、Simon Fraser University, Autonomy Labのgithubは、Create２やRoomba用のROS2ドライバ、Dockerファイルまであります。まさに、Create2やRoombaを使う人々にとっての神サイトです。

注意

- 2021年3月7日現在でcreate_autonomyはROS Noeticには対応していません。この記事の方法ではビルドできません。なお、ROSとUbunutのバージョンは依存関係があるため対応づけることが推奨されています。Ubuntu20.04の場合はROS Noeticを使うことが推奨されています。
- create_autonomyパッケージは開発が継続されており、2021年3月26日にgit cloneして試したところ開発版ではビルドエラーになりました。HARD2021スプリングワークショップでは、次のバージョンを使用します。
  - commit a522e080f267253fa2cba237ad32df5132c9aeb5
  - Author: Emiliano Borghi
  - Date: Mon Jan 25 10:08:27 2021 -0300

参考の神サイト
- RoboticaUtnFrba
- RoboticaUtnFrba/create_autonomy
環境
- Roomba 500～800シリーズ（900, e, iシリーズなどの最近の機種は対応していません）
- 試したのはIntel Core i7 -8750とRaspberry Pi4 (RAM 8GB)
- Ubuntu18.04　
- ROS Melodic
準備
- $ sudo apt update
- $ sudo apt upgrade
- $ sudo apt install -y python-rosdep python-catkin-tools libqt4-dev
インストール
- ワークスペースの生成
  - $ mkdir -p ~/catkin_ws/src
  - $ cd ~/catkin_ws
  - $ catkin build
- ダウンロード
  - ディレクトリの移動
    - $ cd ~/catkin_ws/src
  - libcreateのクローン（ダウンロード）
    - $ git clone https://github.com/RoboticaUtnFrba/libcreate.git
  - libcreateのバージョン(tag)を指定
    - $ cd ~/catkin_ws/src/libcreate
    - $ git checkout 2.1.0
  - create_autonomyのクローン
    - $ git clone https://github.com/RoboticaUtnFrba/create_autonomy.git
  - create_autonomyのバージョン(commit番号)を指定
    - $ cd ~/catkin_ws/src/create_autonomy
    - $ git checkout a522e080f267253fa2cba237ad32df5132c9aeb5
    - なお、create_autonomyでcommit番号を指定しているのは、ワークショップ開催日2021年3月7日に一番近いからです。tagバージョン番号2.0.0ではビルドに失敗し、ワークショップのサンプルプログラムは動きませんでした。
- 依存関係ファイルのインストール
  - RTIMULib (IMU用のリアルタイムライブラリ)のインストール
    - $ cd ~/catkin_ws
    - $ ./src/create_autonomy/sensors/ca_imu/scripts/install_rtimulib.sh
  - 他のファイルのインストール
    - $ cd ~/catkin_ws
    - $ sudo apt install -y python3-vcstool
    - $ vcs import src < src/create_autonomy/dependencies.repos
    - $ rosdep update
    - $ rosdep install --from-paths src -yi
- Raspberry Pi4のみの作業：Intel CPUの場合は必要ないので次のワークスペースのビルドへ進む。Raspberry Pi4というかARMのCPUでは、viso2(Visual Odometryライブラリ）関連のソースコードをそのままビルドできないので次のように改変するか~/catkin_ws/src/viso2以下のディレクトリを削除する。
  - - ~/catkin_ws/src/viso2/libviso2/CMakeLists.txtの7行目を次のように変更する。
      - 変更前： SET(CMAKE_CXX_FLAGS -mfpu=neon)
      - 変更後： SET(CMAKE_CXX_FLAGS -march=armv8-a+simd)
    - ~/catkin_ws/src/viso2/libviso2/src/filter.hの25行目とmatcher.hの30行目に#if defined(__ARM_NEON__)がある。その１行上に以下の行を挿入する。
      - #define __ARM_NEON__
- ワークスペースのビルド
  - $ cd ~/catkin_ws
  - Intel CPUの場合。私の環境では約3分でビルドが終了した。
    - $ catkin build -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release
  - Raspberry Pi4の場合。私の環境では約17分かかった。
    - $ catkin build -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release -DARM_CROSS_COMPILATION=ON
設定
- このワークショップに使う以下の設定を以下のコマンドにより、エディタgeditで.bashrcファイルを開き、末尾にコピペして保存する。
  - $ gedit ~/.bashrc

export GAZEBO_IP=127.0.0.1
export LASER=rplidar
export NUM_ROBOTS=1
export RVIZ=true

source /opt/ros/melodic/setup.bash
source ~/catkin_ws/devel/setup.bash

以下のコマンドを実行して設定を反映させる。
- $ source ~/.bashrc
実行
- 新たに端末を開き、以下のコマンドを実行してシミュレータGazeboを起動する。一番下図のルンバをベースにしたロボットが現れる。エラーが出てGazeboが起動しなかったり、画面が真っ暗な場合は一番したのエラー処理を参照する。
  - $ roslaunch ca_gazebo create_empty_world.launch
- 端末をもう一つ新たに開き、以下のコマンドを実行してGazebo上のルンバを遠隔制御する。
  - $ roslaunch ca_tools keyboard_teleop.launch
  - 以下の画面になる。以下のキー操作でロボットを動かすことができる。なお、マウスのカーソルがこの２番目に開いた端末上にないとロボットは動かないので注意。
    - i：　前進、u：左前進、o：右前進
    - j：左回転、k：停止、　l：右回転
    - m：左後進、,：後進、　.：右後進
    - スペース：停止
    - w/x：並進速度増速/減速(10%)
    - e/c：角速度増速/減速(10%)

- 無事に動いたら成功。お疲れ様！
エラー処理
- rvizを起動するとsegmentation faultというエラーが出て起動しません。
  - ~/.bashrcに以下の１行を追加してください。
    - export GAZEBO_IP=127.0.0.1
- Gazeboを起動するとsegmentation faultというエラーが出て起動しません。
  - ~/.bashrcに以下の１行を追加してください。
    - export LIBGL_ALWAYS_INDIRECT=""
- Gazeboを起動すると以下のエラーで画面が真っ暗らなままです。
  [Err] [REST.cc:205] Error in REST request
  libcurl: (51) SSL: no alternative certificate subject name matches target host name ‘api.ignitionfuel.org’
  - ~/.ignition/fuel/config.yamlを次のように変更してください。
    - 変更前：url: https://api.ignitionfuel.org
    - 変更後：url: https://api.ignitionrobotics.org

終わり