https://github.com/kimushun1101/tb3_controller_cpp
Turtlebot3 にC++で制御則実装
https://github.com/kimushun1101/tb3_controller_cpp
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Turtlebot3 にC++で制御則実装
- Host: GitHub
- URL: https://github.com/kimushun1101/tb3_controller_cpp
- Owner: kimushun1101
- License: apache-2.0
- Created: 2023-06-15T08:04:06.000Z (almost 2 years ago)
- Default Branch: humble-single-file
- Last Pushed: 2024-08-13T23:02:30.000Z (10 months ago)
- Last Synced: 2024-08-14T01:31:51.663Z (10 months ago)
- Language: C++
- Size: 587 KB
- Stars: 9
- Watchers: 1
- Forks: 4
- Open Issues: 0
-
Metadata Files:
- Readme: README.md
- License: LICENSE
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README
# tb3_controller_cpp
Turtlebot3 に制御則を実装するパッケージ．
ロボットとその後方にある壁との距離を，指定した目標値に安定化する P 制御器を実装している．
「システム／制御／情報」 第68巻 第3号にて発行された解説記事「ROS 2による制御則実装までの道程」におけるサンプルソースコード．
その時点でのソースコードは humble-single-file ブランチ，または GitHub Release より入手してください．
https://github.com/kimushun1101/tb3_controller_cpp/releases/tag/v1.0.0
## 環境構築
1. Ubuntu 22.04を用意
WSL でも可能であることは確認している．
2. ROS 2 環境構築
[公式インストールページ](https://docs.ros.org/en/humble/Installation/Ubuntu-Install-Debians.html) を参考に ROS 2 をインストールして，
[Building a Custom Debian Package](https://docs.ros.org/en/humble/How-To-Guides/Building-a-Custom-Debian-Package.html) を参考に `rosdep` の初期化まで完了させておく．
さらに，`~/.bashrc` に ROS コマンドを有効にするためのコマンドを追加する．
```
echo "source /opt/ros/humble/setup.bash" >> ~/.bashrc
```
## パッケージのインストールとビルド
1. ROS2のワークスペースを作り，このパッケージをインストール
```
mkdir -p ~/ros2_ws/src
cd ~/ros2_ws/src
sudo apt update
sudo apt install git
git clone https://github.com/kimushun1101/tb3_controller_cpp.git
```
2. このパッケージの依存関係を解決
```
cd ~/ros2_ws
rosdep install -y --from-paths src
```
3. ビルド
```
cd ~/ros2_ws
colcon build --symlink-install
```
## シミュレーターと制御則の実行
1. シミュレーターの起動
```
# Terminal 1
export LIBGL_ALWAYS_SOFTWARE=1 # オンボードGPU のときはこれをしないとGazebo が暗くなる？
export TURTLEBOT3_MODEL=burger
ros2 launch turtlebot3_gazebo turtlebot3_dqn_stage1.launch.py
```
初回時はGazebo の立ち上がりが遅く，エラーが出てロボットモデルが出ないかもしれない．
そのような場合には`Ctrl+C` で一度閉じ，再度
`ros2 launch turtlebot3_gazebo turtlebot3_dqn_stage1.launch.py`
を実行する．
それでもロボットモデルが出ない場合には，Gazebo 画面内の左にあるInsert タブから，Turtlebot3(Burger) をクリックしてシミュレーター上にロボットを手動で置く．
2. 新しく別のターミナルを開き，以下のコマンドで制御を開始（コントローラーを実行）
```
# Terminal 2
source ~/ros2_ws/install/setup.bash
ros2 run tb3_controller_cpp tb3_controller_node
```
シミュレーターと制御則を 1 つのターミナルから同時実行させたい場合には，上記の 2 つのターミナルのコマンドを`Ctrl+C` で終了して，以下のコマンドを入力する．
```
# Terminal 1
source ~/ros2_ws/install/setup.bash
ros2 launch tb3_controller_cpp simulation_and_controller.launch.yaml
```
`Ctrl+C` でシミュレータも終了してしまうため，以下のパラメーター調整には不向き．
## パラメーター調整
`# Terminal 1` でシミュレーター，`# Terminal 2` でコントローラーを起動しているものとする．
1. Gazebo 上のロボットの移動
`t` キーを押下して `Translation Mode` に移行してからロボットをドラッグ・アンド・ドロップ．
シミュレーションをリセットしたい場合には以下の ROS 2 service コマンドを実行する．
```
# Terminal 3
ros2 service call /reset_simulation std_srvs/srv/Empty
```
2. 目標値の変更
以下のコマンドを実行する．
```
# Terminal 3
ros2 topic pub /xd std_msgs/msg/Float32 "data: 3.0"
```
新しい目標値に向かってロボットが動くはず．
3. パラメーターの調整
制御則を実行したターミナル `# Terminal 2` で `Ctrl+C` を押下することで制御則を一度切り，以下で実行し直す．
```
# Terminal 2
ros2 run tb3_controller_cpp tb3_controller_node --ros-args -p Kp:=3.0
```
`Kp` と `T` を色々変えて実行してみよう．
目標値は手順2 でも変更できるが，起動時の目標値として `init_xd` というパラメーターも用意している．
都度 `-p` オプションをつければ，複数のパラメーターを同時に設定することもできる．
```
# Terminal 2
ros2 run tb3_controller_cpp tb3_controller_node --ros-args -p Kp:=0.5 -p T:=0.01 -p init_xd:=3.0
```
4. Launch ファイルに反映
決定したパラメータを [launch/simulation_and_controller.launch.yaml](./launch/simulation_and_controller.launch.yaml#L9) に書き込む．
## 結果出力
`# Terminal 1` でシミュレーター，`# Terminal 2` でコントローラーを起動しているものとする．
1. データの記録
rosbag2 を使用してデータの記録を開始する．
```
# Terminal 4
mkdir -p ~/ros2_ws/src/tb3_controller_cpp/result
cd ~/ros2_ws/src/tb3_controller_cpp/result
ros2 bag record /scan /xd /cmd_vel
```
目標値の変更を行う．
```
# Terminal 3
ros2 topic pub /xd std_msgs/msg/Float32 "data: 3.0"
```
記録したい動作が終了した後，`# Terminal 3` を `Ctrl+C` することで記録を終了する．
2. グラフを書く
```
# Terminal 3
ros2 run plotjuggler plotjuggler
```
`File`→`Data` から rosbag2 で保存したデータ `metadata.yaml` を読み込み描画する．
自身のプログラムでグラフ作成したい場合には，CSV Exporter を使用すれば CSV 形式でも取得できる．
## Turtlebot 3 実機での実行
1. ロボットのセットアップ
[公式の e-manual](https://emanual.robotis.com/docs/en/platform/turtlebot3/quick-start/) に従う
2. ロボットのソフトウェアを立ち上げ
```
# SSH raspberry Pi 1
export TURTLEBOT3_MODEL=burger
ros2 launch turtlebot3_bringup robot.launch.py
```
3. 新しく別のターミナルを開き，以下のコマンドで制御を開始
```
# SSH raspberry Pi 2
source ~/ros2_ws/install/setup.bash
ros2 run tb3_controller_cpp tb3_controller_node
```
シミュレーターと制御則を 1 つのターミナルから同時実行させたい場合には，以下のコマンドを入力する．
```
# SSH raspberry Pi 1
source ~/ros2_ws/install/setup.bash
ros2 launch tb3_controller_cpp turtlebot3_and_controller.launch.yaml
```
パラメーター調整や rosbag を用いたデータ取得はシミュレーターと同様であるが，
plotjuggler は GUI で使用するため，取得した rosbag を `scp` コマンドなどで raspberry Pi から取り出して，
シミュレーションを行った手元のパソコンで実行する必要がある．
## License
Apache License 2.0