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# 4장 ROS 하드웨어 제어
### 1. 아두이노란?
마이크로프로세서나 컴퓨터 인터페이스와 같은 전문적인 지식없이도 사용할 수 있게 된 제어기를 말해요. 특히 회로도나 소스코드가 공개 되어서 누구나 '쉽게 공부하면서' 사용할 수 있고, 더 나아가 수정해서 사용할 수 있다는 장점이 있죠. 그 중 가장 대표적인 오픈소스 제어기가 아두이노예요.여담으로 'Arduino'라는 명칭의 상표권 문제로 공식적으로는 미국에서만 Arduino라고 하고, 그 외 국가에서는 Genuino라고 해요. 한국에서도 대부분의 메이커들이 Arduino라고 하죠. 참고로 둘은 같은 상품이라고 보면 돼요.
### 2. 아두이노의 종류
대표적인 아두이노는 아두이노 UNO예요. 교육용으로 주로 사용되죠. 그 외에는 좀더 사양이 좋은 아두이노 MEGA도 있고, 수십\~수백가지의 보드가 존재합니다. 또한 보드에 WiFi, Bluetooth와 같은 기능을 연장하기 위한 아두이노 쉴드(Arduino Shield)라는 것도 사용을 할 수가 있어요.
### 3. 아두이노 IDE 사용하기
앞에서 아두이노 제어기에 대해서 알아 보았는데요. 이러한 아두이노를 코딩하기 위해서는 아두이노 IDE를 설치해야해요. Windows, MAC, Linux를 포함한 운영체제에서 실행할 수 있어요.
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| Column 1 | Column 2 |
| 아두이노 공식 홈 | [http://www.arduino.cc](http://www.arduino.cc/) |
| 아두이노 보드 정보 | |
| 아두이노 소프트웨어 다운로드 | |
#### 아두이노 IDE 설치하기
아두이노 IDE는 링크에서 다운받을 수 있어요. 여기서 IDE는 한국말로 통합 개발 환경( Integrated Development Environment)을 의미하는데요. 프로그램 개발 관련된 작업을 하는 작업환경이라고 보면돼요. 문서작업을 위해서 워드나, 한글 같은 작업용 프로그램이라고 볼 수 있어요.
OpenCR 보드의 경우에 아래와 같이 실행하면, 포트 엑세스 문제를 해결 할 수 있다.
```
wget https://raw.githubusercontent.com/ROBOTIS-GIT/OpenCR/master/99-opencr-cdc.rules
sudo cp ./99-opencr-cdc.rules /etc/udev/rules.d/
sudo udevadm control --reload-rules
sudo udevadm trigger
```
아두이노 보드의 경우에 아래 같은 명령어로 포트 엑세스 문제를 해결 할 수 있다.
```
sudo chmod a+rw /dev/ttyACM0
```
### 4. Rosserial
로봇은 PC와 임베디드 시스템으로 구성되어 있는데 그 중 대부분은 임베디드 시스템이 차지하고 있다.\
하지만 보통의 임베디드에는 ROS설치가 불가능하기 때문에, 실시간 확보와 하드웨어 제어를 위해 “Rosserial” 패키지 이용한다.
\
위의 그림을 보면 ROS가 설치 되어있는 PC가 있고 PC와 연결되어 있는 Embedded가 있으며 그 Embedded에는 Sensor와 Motor가 연결 되어있다. PC에서 Rosserial을 이용해 Embedded와 연결되어 있는 센서값을 읽어오거나 모터를 제어할 수 있다.\
Rosserial의 제약• 메모리 =>퍼블리셔, 서브스크라이버 개수 및 송신, 수신 버퍼의 크기를 미리 정의해야 함\
• Float64 =>마이크로컨트롤러는 64비트 실수연산을 지원하지 않아 32비트형으로 변경함\
• Strings =>문자열 데이터를 String 메시지 안에 저장하지 않고 외부에서 정의한 문자열 데이터의 포인터 값만 메시지에 저장함\
• Arrays =>메모리 제약사항으로 배열의 크기를 지정해서 사용\
• 통신 속도 =>UART 같은 경우 115200bps와 같은 속도로는 메시지의 개수가 많아지면 응답 및 처리속도가 느려 짐
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### 4.1 OpenCR이란?
ROS를 지원하는 보드이며 터틀봇3의 메인 제어기로 쓰인다. 오픈소스 하드웨어, 소프트웨어이므로 누구나 만들 수 있다. 소스는 에 공개되어 있다.
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| Column 1 | Column 2 | Column 3 |
| | Arduino Uno | OpenCR |
| 마이크로컨트롤러 | Atmega328 /8-bit | STM32F746ZGT6 / 32-bit ARM Cortex®-M7 with FPU |
| 플래시 메모리 | 32KB | 1MB |
| SRAM | 2KB | 320KB |
| 아날로그 입력 | 6개 | ADC Channels (Max 12bit) x6 |
| 디지털 I/O | 14개 (6개의 PWM출력핀 포함 ) | 32 pins (L 14, R 18) \*Arduino connectivity 5Pin OLLO x 4 GPIO x 18 pins PWM x 6 I2C x 1 SPI x 1 |
Rosserial의 제약을 극복하려고 많이 노력함\
•32-bit ARM Cortex-M7 with FPU (216MHz, 462DMIPS)•1MB 플래시메모리•320KB SRAM•Float64 지원•UART가아닌USB 패킷전송사용더 자세한 정보는 에서 볼 수 있다.\
### 4.2 Rosserial 따라하기
Rosserial 설치
```
sudo apt-get install ros-kinetic-rosserial-arduino
```
```
sudo apt-get install ros-kinetic-rosserial
```
### 4.2.1 OpenCr
ros\_lib 설치 (아두이노용 rosserial 라이브러리)
```
cd /libraries
```
여기서 \는 아두이노 IDE가 설치된 경로를 말한다.\
ex) cd Arduino/libraries (Arduino 파일이 home에 설치되어 있는 경우)
```
rm -rf ros_lib
```
혹시나 libraries에 미리 설치된 ros\_lib이 존재한다면 제거한다.
```
rosrun rosserial_arduino make_libraries.py .
```
libraries.py 한 칸 뒤에 있는 점까지 적어주어야 한다. 오타가 아니다.
```
ls
```
\
ls 명령어를 입력하면 libraries파일 안에 ros\_lib이 설치되어있는 것을 확인 할 수 있다. 그러면 이제 Rosserial의 간단한 예제를 살펴보자
### 4.2.2 Library Manager
### 4.3 Rosserial publisher, Rosserial subscriber
준비물: Arduino Uno, 아두이노와 연결할 수 있는 usb 케이블\
우선 아두이노를 실행한다.
```
Arduino
```
아두이노 상단의 메뉴에서 File→Examples→ros\_lib→HelloWorld를 선택한다.\
그리고 다시 상단의 메뉴에서 Tools→Board→ Arduino Uno를 선택해주고 같은 메뉴에서 Port를 설정해준다.
\
그리고 업로드 버튼을 누른 뒤에 에러 없이 정상적으로 업로드 되었으면 다음을 진행한다. 터미널 창을 열고
```
roscore
```
를 실행해준뒤 새로 터미널 창을 하나 더 열어서
```
rosrun rosserial_python serial_node.py _port:=/dev/ttyACM0 _baud:=57600
```
\
를 실행한다 이는 Rosserial을 USB0포트에서 보 레이트 속도를 57600으로 설정하여 통신을 하겠다는 말이다.만약 아두이노가 다른 USB포트에 연결되어 있으면 ttyUSB0 대신에 연결되어 있는 포트로 수정해서 실행한다.
이와 같이 나오면 성공이다.또 다시 새로운 터미널 창 하나를 더 열어서
```
$rostopic echo /chatter
```
명령어를 실행해보자 그러면 ‘ Hello world! ‘라는 글자가 1초마다 반복 되는 것을 알 수 있다.이는 Arduino Uno가 Publisher가 되어서 PC로 "Hello World!" 라는 문자를 보내주는 것이다. 이번에는 아두이노 IDE에 작성된 소스코드를 살펴보자
```
#include // 아두이노에서 ros를 사용할 수 있게 해주는 헤더파일
#include //메세지를 위한 헤더파일
ros::NodeHandle nh; //노드핸들을 ‘nh’라는 이름으로 선언
std_msgs::String str_msg; // ‘str_msg’이라는 이름의 메세지를 String형태로 설정
ros::Publisher chatter("chatter", &str_msg); // 토픽 이름을 “chatter”로 정하고 메세지를 str_msg의 형태로 설정하는 chatter 객체 생성
char hello[13] = "hello world!"; //보낼 메세지를 문자열로 저장
void setup() //처음에 한 번만 실행
{
nh.initNode(); //노드핸들 초기화
nh.advertise(chatter); // chatter 토픽을 Publish 한다.
}
void loop() // 계속 반복
{
str_msg.data = hello; //’hello’ 배열에 저장된 값을 메세지에 저장
chatter.publish( &str_msg ); // “chatter” 토픽으로 str_msg를 Publish 해준다.
nh.spinOnce(); //콜백함수 호출을 위한 함수로써, 메시지가 수신되기를 대기
delay(1000); // 1000ms = 1s 동안 딜레이
}
```
이로써 Rosserial의 Publisher 예제를 살펴보았다.
이번에는 Subscriber 예제를 실행 해보자.아두이노 상단의 메뉴에서 File→Examples→ros\_lib→Blink를 선택한다.
\
그리고 아까와 똑같이 상단의 메뉴에서 Tools→Board→ Arduino Uno를 선택해주고 같은 메뉴에서 Port 설정해주고 업로드를 한다.
```
roscore
```
\
를 실행해주고 아까와 같이 새로 터미널 창을 하나 더 열어서
```
rosrun rosserial_python serial_node.py _port:=/dev/ttyUSB0 _baud:=57600
```
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을 실행한 뒤 또 다시 새로운 터미널 창을 열자 그리고 다음의 명령어를 입력해보자
```
rostopic pub toggle_led std_msgs/Empty --once
```
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명령어를 입력할 때마다 13번 핀과 연결되어있는 LED가 켜지고 꺼지는 것을 알 수 있다.
이는 Arduino Uno가 Subscriber가 되어서 PC에서 내리는 명령을 받는 역할을 한다.\
아두이노 IDE에 작성된 소스코드를 살펴보자
```
#include
#include
ros::NodeHandle nh;
void messageCb( const std_msgs::Empty& toggle_msg){
digitalWrite(13, HIGH-digitalRead(13)); //메세지를 받을 때마다 LED가 깜빡임
}
ros::Subscriber sub("toggle_led", &messageCb ); // 이름이 "toggle_led"인 토픽과 std_msgs::Empty 인스턴스화
void setup()
{
pinMode(13, OUTPUT); //13번 PIN을 OUTPUT으로 설정한다.
nh.initNode();
nh.subscribe(sub);
}
void loop()
{
nh.spinOnce();
delay(1);
}
```
이로써 Rosserial의 Subscriber 예제를 살펴보았다.\
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