3장 ROS 구조 및 빌드 시스템

1. ROS 용어

• 패키지 : ROS 소프트웨어의 기본 단위. 패키지는 노드, 라이브러리, 환경설정 파일들을 통합하는 최소의 빌드 단위이며, 배포 단위이다.

• 패키지 매니페스트 : 패키지의 작성자, 라이선스, 의존성, 컨피그레이션 플레그 등을 포함하는 패키지 정보

• 메타 패키지 : 이전에는 스택으로 불리웠지만, 특수한 목적을 위한 패키지 그룹을 지칭한다. 대표적인 예로 네비게이션 스택을 예로 들 수 있다.

• 메시지 : 한 ROS 프로세서에서 다른 ROS 프로세서로 정보를 전달하는 한 형태

image.png

• 서비스 : 프로세스간의 요청/응답 상호작용

• Service, Service Server, Service Client

image.png

• Node : 최소 단위의 실행 가능한 프로세서를 가리키는 용어로써 하나의 실행 가능한 프로그램으로 생각하면 된다. ROS에서는 최소한의 실행 단위로 프로그램을 나누어 작업하게 된다. 각 노드는 메시지 통신으로 데이터를 주고 받는다.

• Package : 하나 이상의 노드, 노드 실행을 위한 정보 등을 묶어 놓은것. 또한, 패키지의 묶음을 메타패키지라 하여 따로 분리 한다.

• Message : 메시지를 통해 노드 간의 데이터를 주고 받게 된다. 메시지는 integer, floating point, boolean와 같은 변수 형태이다. 또한, 메시지 안에 메시지를 품고 있는 간단한 데이터 구조 및 메시지들의 배열과 같은 구조도 사용할 수 있다.

• Publisher, Subscriber, Topic

• Action, Action Server, Action Client

image.png

2. ROS 통신 방식

image.png

image.png

3. TF(Transform)

• 각조인트(joint)들의 상대좌표 변환

• 트리(tree) 형태로 조인트들 간의 관계도를 표시함

image.png

4. ROS 관련 명령어

명령어	중요도	명령어풀이	세부설명
roscd	★★★	ros+cd(changes directory)	지정한 ROS 패키지의 디렉터리로 이동
rosls	★☆☆	ros+ls(lists files)	ROS 패키지의 파일목록 확인
rosed	★☆☆	ros+ed(editor)	ROS 패키지의 파일편집
roscp	★☆☆	ros+cp(copies files)	ROS 패키지의 파일복사
rospd	☆☆☆	ros+pushd	ROS 디렉터리 인덱스에 디렉터리 추가
rosd	☆☆☆	ros+directory	ROS 디렉터리 인덱스 확인

명령어	중요도	명령어풀이	세부설명
roscore	★★★	ros+core	-master(ROS 네임서비스) -rosout(로그기록) -parameter server(파라미터관리)
rosrun	★★★	ros+run	노드실행
roslaunch	★★★	ros+launch	노드를 여러개 실행 및 실행 옵션 설정
rosclean	★★☆	ros+clean	ROS 로그 파일을 검사하거나 삭제

명령어	중요도	명령어풀이	세부설명
rostopic	★★★	ros+topic	ROS 토픽 정보 확인
rosservice	★★★	ros+service	ROS 서비스 정보 확인
rosnode	★★★	ros+node	ROS 노드 정보 확인
rosparam	★★★	ros+param(parameter)	ROS 파라미터 정보 확인, 수정
rosbag	★★★	ros+bag	ROS 메시지 기록, 재생
rosmsg	★★☆	ros+msg	ROS 메시지 정보 확인
rossrv	★★☆	ros+srv	ROS 서비스 정보 확인
rosversion	★☆☆	ros+version	ROS 패키지 및 배포 릴리즈 버전 정보 확인
roswtf	☆☆☆	ros+wtf	ROS 시스템 검사

명령어	중요도	세부설명
catkin_create_pkg	★★★	패키지 자동 생성
catkin_make	★★★	캐킨 빌드시스템에 기반을 둔 빌드
catkin_eclipse	★★☆	캐킨 빌드 시스템으로 생성한 패키지를 이클립스에서 사용 할 수 있게 변경
catkin_prepare_release	★★☆	릴리즈 할때 사용되는 로그정리 및 버전 태깅
catkin_generate_changelog	★★☆	릴리즈 할때 CHANGELOG.rst 파일 생성 또는 업데이트
catkin_init_workspace	★★☆	캐킨 빌드 시스템의 작업폴더 초기화
catkin_find	★☆☆	캐킨 검색

명령어	중요도	명령어풀이	세부설명
rospack	★★★	ros+pack(age)	ROS 패키지와 관련된 정보 보기
rosinstall	★★☆	ros+install	ROS 추가 패키지 설치
rosdep	★★☆	ros+dep(endencies)	해당패키지의 의존성 파일 설치
roslocate	☆☆☆	ros+locate	ROS 패키지 정보 관련 명령어
roscreate-pkg	☆☆☆	ros+create-pkg	ROS 패키지 자동생성(구rosbuild 시스템에서사용)
rosmake	☆☆☆	ros+make	ROS 패키지를 빌드(구rosbuild 시스템에서사용)

5. 빌드 시스템

Column 1	Column 2
Quantity	Unit
angle	radian
frequency	hertz
force	newton
power	watt
voltage	volt
length	meter
mess	kilogram
time	second
current	ampere
temperature	celsius

대상	명명규칙	예제
패키지	under_scored	Ex) first_ros_package
토픽, 서비스	under_scored	Ex) raw_image
파일	under_scored	Ex) turtlebot3_fake.cpp
네임스페이스	under_scored	Ex) ros_awesome_package
변수	under_scored	Ex) string table_name;
타입	CamelCased	Ex) typedefint32_t propertiesNumber;
클래스	CamelCased	Ex) classUrlTable
구조체	CamelCased	Ex) structUrlTableProperties
열거형	CamelCased	Ex) enumChoiceNumber
함수	camelCased	Ex) addTableEntry();
메소드	camelCased	Ex) void setNumEntries(int32_t num_entries)
상수	ALL_CAPITALS	Ex) const uint8_t DAYS_IN_A_WEEK = 7;

SI(Systeme Internationale) 단위 사용

image.png

5.1 Topic / Publisher / Subscriber 실습

1) 패키지 생성

cd ~/catkin_ws/src

catkin_create_pkg ros_tutorials_topic message_generation std_msgs roscpp

cd ros_tutorials_topic

ls

include → 헤더파일폴더
src→ 소스코드폴더
CMakeLists.txt → 빌드설정파일
package.xml→ 패키지설정파일

2) 패키지 설정 파일(package.xml) 수정

gedit package.xml

<?xmlversion="1.0"?>
<packageformat="2">
<name>ros_tutorials_topic</name>
<version>0.1.0</version>
<description>ROS turtorialpackage to learn the topic</description>
<license>Apache 2.0</license>
<authoremail="[e-mail]">Yoonseok Pyo</author>
<maintaineremail="[e-mail]">Yoonseok Pyo</maintainer>
<urltype="website">http://www.robotis.com</url>
<urltype="repository">https://github.com/ROBOTIS-GIT/ros_tutorials.git</url>
<urltype="bugtracker">https://github.com/ROBOTIS-GIT/ros_tutorials/issues</url>
<buildtool_depend>catkin</buildtool_depend>
<depend>roscpp</depend>
<depend>std_msgs</depend>
<depend>message_generation</depend>
<export></export >
</package> 

3) 빌드 설정 파일(CMakeLists.txt) 수정

gedit CMakeLists.txt

cmake_minimum_required(VERSION 2.8.3) 
project(ros_tutorials_topic) 
## 캐킨빌드를할때요구되는구성요소패키지이다.
## 의존성패키지로message_generation, std_msgs, roscpp이며이패키지들이존재하지않으면빌드도중에에러가난다.
find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS message_generationstd_msgsroscpp)
## 메시지선언: MsgTutorial.msg 
add_message_files(FILES MsgTutorial.msg)
## 의존하는메시지를설정하는옵션이다.
## std_msgs가설치되어있지않다면빌드도중에에러가난다.
generate_messages(DEPENDENCIES std_msgs)
## 캐킨패키지옵션으로라이브러리, 캐킨빌드의존성, 시스템의존패키지를기술한다. 
catkin_package( 
LIBRARIES ros_tutorials_topic
CATKIN_DEPENDS std_msgsroscpp
)

## 인클루드디렉터리를설정한다.
include_directories(${catkin_INCLUDE_DIRS})
## topic_publisher노드에대한빌드옵션이다. 
## 실행파일, 타깃링크라이브러리, 추가의존성등을설정한다.
add_executable(topic_publisher src/topic_publisher.cpp)
add_dependencies(topic_publisher ${${PROJECT_NAME}_EXPORTED_TARGETS} ${catkin_EXPORTED_TARGETS})
target_link_libraries(topic_publisher ${catkin_LIBRARIES})
## topic_subscriber노드에대한빌드옵션이다. 
add_executable(topic_subscriber src/topic_subscriber.cpp)
add_dependencies(topic_subscriber ${${PROJECT_NAME}_EXPORTED_TARGETS} ${catkin_EXPORTED_TARGETS})
target_link_libraries(topic_subscriber ${catkin_LIBRARIES})

4) 메시지 파일 작성

roscd ros_tutorials_topic

mkdir msg

cd msg

gedit MsgTutorial.msg

time stamp
int32 data

5) 퍼블리셔 노드 작성

roscd ros_tutorials_topic/src

gedit topic_publisher.cpp

#include "ros/ros.h"// ROS 기본 헤더 파일
#include "ros_tutorials_topic/MsgTutorial.h"// MsgTutorial 메시지 파일 헤더(빌드 후 자동 생성 됨)
int main(int argc, char **argv) // 노드 메인 함수
{
ros::init(argc, argv, "topic_publisher"); // 노드명 초기화
ros::NodeHandle nh;// ROS 시스템과 통신을 위한 노드 핸들 선언
// 퍼블리셔선언, ros_tutorials_topic패키지의MsgTutorial메시지파일을이용한
// 퍼블리셔ros_tutorial_pub를작성한다. 토픽명은"ros_tutorial_msg" 이며,
// 퍼블리셔큐(queue) 사이즈를100개로설정한다는것이다
ros::Publisher ros_tutorial_pub= nh.advertise<ros_tutorials_topic::MsgTutorial>("ros_tutorial_msg", 100);
// 루프주기를설정한다. "10" 이라는것은10Hz를말하는것으로0.1초간격으로반복된다
ros::Rate loop_rate(10);
// MsgTutorial메시지파일형식으로msg라는메시지를선언
ros_tutorials_topic::MsgTutorial msg;
// 메시지에사용될변수선언

int count = 0;

while (ros::ok())
{
msg.stamp= ros::Time::now();// 현재시간을msg의하위stamp 메시지에담는다
msg.data= count; // count라는변수값을msg의하위data 메시지에담는다
ROS_INFO("send msg= %d", msg.stamp.sec); // stamp.sec메시지를표시한다
ROS_INFO("send msg= %d", msg.stamp.nsec); // stamp.nsec메시지를표시한다
ROS_INFO("send msg= %d", msg.data); // data 메시지를표시한다
ros_tutorial_pub.publish(msg);// 메시지를발행한다
loop_rate.sleep();// 위에서정한루프주기에따라슬립에들어간다
++count;// count 변수1씩증가
}

return 0;
}

6) 서브 스크라이버 노드 작성

roscd ros_tutorials_topic/src→ 패키지의 소스 폴더인 src폴더로 이동

gedit topic_subscriber.cpp→ 소스파일 신규작성 및 내용 수정

#include "ros/ros.h" // ROS 기본헤더파일
#include "ros_tutorials_topic/MsgTutorial.h" // MsgTutorial메시지파일헤더(빌드후자동생성됨)
// 메시지콜백함수로써, 밑에서설정한ros_tutorial_msg라는이름의토픽
// 메시지를수신하였을때동작하는함수이다
// 입력메시지로는ros_tutorials_topic패키지의MsgTutorial메시지를받도록되어있다

void msgCallback(const ros_tutorials_topic::MsgTutorial::ConstPtr& msg)
{
ROS_INFO("recievemsg= %d", msg->stamp.sec); // stamp.sec메시지를표시한다
ROS_INFO("recievemsg= %d", msg->stamp.nsec); // stamp.nsec메시지를표시한다
ROS_INFO("recievemsg= %d", msg->data); // data 메시지를표시한다
}

int main(int argc, char **argv)// 노드메인함수
{
ros::init(argc, argv, "topic_subscriber");// 노드명초기화
ros::NodeHandle nh; // ROS 시스템과통신을위한노드핸들선언
// 서브스크라이버선언, ros_tutorials_topic패키지의MsgTutorial메시지파일을이용한
// 서브스크라이버ros_tutorial_sub를작성한다. 토픽명은"ros_tutorial_msg" 이며,
// 서브스크라이버큐(queue) 사이즈를100개로설정한다는것이다
ros::Subscriber ros_tutorial_sub= nh.subscribe("ros_tutorial_msg", 100, msgCallback);
// 콜백함수호출을위한함수로써, 메시지가수신되기를대기, 
// 수신되었을경우콜백함수를실행한다
ros::spin();

return 0;
}

7) ROS 노드 빌드

cd~/catkin_ws

catkin_make

•ros_tutorials_topic 패키지의 소스 코드 파일: ~/catkin_ws/src/ros_tutorials_topic/src

•ros_tutorials_topic패키지의 메시지 파일: ~/catkin_ws/src/ros_tutorials_topic/msg

•빌드된 결과물은 /catkin_ws의 /build와/devel폴더에 각각 생성

•/build 폴더에는 캐킨 빌드에서 사용된 설정 내용이 저장

•/devel/lib/ros_tutorials_topic폴더에는 실행 파일이 저장

•/devel/include/ros_tutorials_topic폴더에는 메시지 파일로 부터 자동 생성된 메시지 헤더 파일이 저장

roscore

rosrun ros_tutorials_topic topic_publisher

rostopic list

/ros_tutorial_msg
/rosout
/rosout_agg

rostopic echo /ros_tutorial_msg

rosrun ros_tutorials_topic topic_subscriber

rqt_graph

image.png

5.2 git을 활용하여 예제 활용하기

sudo apt-get install git

cd~/catkin_ws/src

git clone https://github.com/ROBOTIS-GIT/ros_tutorials.git

cd~/catkin_ws

catkin_make

rosrun ros_tutorials_topic topic_publisher

rosrun ros_tutorials_topic topic_subscriber

5.3 roslaunch

•roslaunch는 하나 이상의 정해진 노드를 실행 시킬수 있다.

•roslaunch는‘*.launch’라는 파일을 사용하여 실행노드를 설정하는데 이는XML 기반이며, 태그별 옵션을 제공한다.

•실행 명령어는"roslaunch [패키지명] [roslaunch파일]”이다.

roscd ros_tutorials_topic

mkdir launch

cd launch

gedit union.launch

<launch>
<node pkg="ros_tutorials_topic" type="topic_publisher" name="topic_publisher1"/>
<node pkg="ros_tutorials_topic" type="topic_subscriber" name="topic_subscriber1"/>
<node pkg="ros_tutorials_topic" type="topic_publisher" name="topic_publisher2"/>
<node pkg="ros_tutorials_topic" type="topic_subscriber" name="topic_subscriber2"/>
</launch> 

•pkg 패키지의 이름
•type 실제 실행 할 노드의 이름(노드명)
•name 위 type에 해당하는 노드가 실행될때 붙여지는 이름(실행명), 일반적으로는 type과 같게 설정하지만 필요에 따라 실행할때 이름을 변경하도록설정할수 있다. 

roslaunch ros_tutorials_topic union.launch --screen

rosnode list

/topic_publisher1
/topic_publisher2
/topic_subscriber1
/topic_subscriber2
/rosout

rqt_graph

image.png