Skip to content

1_05_Nodes_Topics.md

Latest commit

 

History

History
320 lines (211 loc) · 17.6 KB

1_05_Nodes_Topics.md

File metadata and controls

320 lines (211 loc) · 17.6 KB

Узлы и топики

Содержание

Привет

Итак, мы уже касались вопроса программ в ROS. Не раз запускали Gazebo и Rviz, но теперь пара раз и навсегда определиться с понятиями узел и топик.

А делать мы это будем путём выяснения, как работает teleop управление и как задаются команды управления!

Запустим всё для управления

Давай запустим симулятор и включим телеуправление с клавиатуры. Конечно, когда запустили, надо немного покататься! Естественно, чтобы убедиться в работоспособности, а не только, чтобы развлечься =)

roslaunch super_robot_package turtlebot3_world.launch
# Следующая команда в отдельном терминале
roslaunch super_robot_package turtlebot3_teleop_key.launch

Итого, мы имеем симулятор (Gazebo) и управление с клавиатуры:

Шикарно, начнём!

Программы - узлы

Уже говорили, что программы и скрипты в ROS называются узлами (nodes). Это всё, что надо знать про определение =)

Что интереснее, как с ними взаимодействовать?

Для начала, надо понять, что при запуске робота запускается сразу несколько узлов, а значит нам нужен способ посмотреть весь список запущенных узлов.

В любой работе относительно узлов нам поможет утилита rosnode:

rosnode list

В выводе видим:

/gazebo
/gazebo_gui
/rosout
/turtlebot3_teleop_keyboard

Прямо сейчас запущено всего 4 узла, пройдёмся, что это за узлы:

  • gazebo - сервер симуляции, по сути, делает все вычисления физики симулятора;
  • gazebo_gui - графический интерфейс (GUI) для симулятора, если помнишь, его можно отключить;
  • rosout - это узел, который стартует всегда в системе ROS, он обрабатывает вывод из других узлов (консольный вывод);
  • turtlebot3_teleop_keyboard - наш узел управления с клавиатуры.

Вроде несложно, так?

Тогда, чтобы разобраться с тем, как работает управление с клавиатуры, нам надо глубже копнуть в информацию об узле управления, для этого есть команда info:

rosnode info /turtlebot3_teleop_keyboard

Вывод

--------------------------------------------------------------------------------
Node [/turtlebot3_teleop_keyboard]
Publications: 
 * /cmd_vel [geometry_msgs/Twist]
 * /rosout [rosgraph_msgs/Log]

Subscriptions: 
 * /clock [rosgraph_msgs/Clock]

Разберём-с, узел управления с клавиатуры имеет "Publications" и "Subscriptions". Что-то публикуется и на что-то он подписывается. Вот тут мы начинаем пересекаться с понятием топика. Пойдёём разберёмся с ними!

Каналы передачи данных - топики

Давай взглянем на то, как организовано общение между узлами в ROS:

Есть ещё такая gif-ка:

В ROS каждый узел выполняет свою задачу, но они не могут работать без коммуникации между собой. Так вот топики - это один из способов общения между узлами. Как видно на картинке, узлы могут публиковать в топики (Publication - отправлять через него данные) и подписываться на топики (Subscription - получать через него данные).

Ну, а в нашем примере, teleop подписывается на /clock, а публикует в /cmd_vel и /rosout.

Если /clock и /rosout - это сервисные топики, то /cmd_vel, полагаем, отправляет интересную информацию!

Давай проанализируем топики в системе с помощью утилиты rostopic и команды list:

rostopic list

Вот видим в выводе много разных топиков и в частности:

...
/clock
/cmd_vel
...

Ну, просто получить список полезно, но мы также можем и получить информацию о конкретном топике командой info:

rostopic info /cmd_vel

Вывод:

Type: geometry_msgs/Twist

Publishers: 
 * /turtlebot3_teleop_keyboard (http://alexey-home-pc:34797/)

Subscribers: 
 * /gazebo (http://alexey-home-pc:34455/)

Вот так мы можем видеть, что узел публикации подтвердился, /turtlebot3_teleop_keyboard, а ещё мы увидели, кто подписался на топик, /gazebo - симулятор!

Давай теперь сами подпишемся на топик и посмотрим, какая информация ходит через него?

rostopic echo /cmd_vel

И у нас непрерывно покатился вывод:

...
linear: 
  x: 0.0
  y: 0.0
  z: 0.0
angular: 
  x: 0.0
  y: 0.0
  z: 0.0
...

А вот это уже интересно, давай попробуем поуправлять в терминале телеуправления и параллельно смотреть на вывод из подписки /cmd_vel:

Смотри, значения меняются! Значит, через этот топик передаётся информация о команде на движение. Если более конкретно, то через linear/x поле передаётся желаемая линейная скорость, а через angular/z - команда на скорость поворота.

! Таким образом, топик - это канал передачи потоковой информации (так как передаем непрерывно). Данные внутри передаются с определённой структурой, которая регламентирована типом сообщения у топика. Это видно и на картинке, а в нашем случае /cmd_vel имеет тип "geometry_msgs/Twist". О каждом типе можно почитать в справке или через команду rosmsg show geometry_msgs/Twist.

Для аналогии можно привести конвеерную ленту, через которые передаются коробки конкретной формы и размера. информацию о коробке позволяет получить утилита rosmsg.

💪 Посмотри, из каких подтипов состоит сообщение geometry_msgs/Twist (geometry_msgs/Vector3). Найди информацию об этом типе в справке и в rosmsg.

А каким образом определить частоту передачи этого потока? Ведь в поток публикуется с каким-то периодом, мы же все знаем про дискретные системы. Попробуй разобраться самостоятельно:

💪 Определи команду у rostopic, которая позволяет вывести частоту публикации в топик.

Вот так мы в общих чертах познакомились с узлами и топиками, но это были цветочки, а теперь будут ягодки!

RQT Graph

Это всё хорошо, но погодите, нам каждый раз, когда хотим посмотреть как и куда направляется информация, надо по каждому топику и узлу выводить информацию?

Отличный вопрос, конечно же нет! Для этого сделана удобная утилита rqt_graph, которая показывает, как и через что связаны узлы, проверим:

rqt_graph

И видим:

Убедись,что настроено меню сверху вот так, иначе много лишних топиков показывается:

Сейчас у нас немного информации между узлами передается, но в сложных системах такие диаграммы позволяют найти ситуации очепяток и других проблем, которые не дают системе нормально работать.

Вот такой простой и удобный инструмент!

Запуск

Мы уже увидели, что узел teleop передает информацию через топик /cmd_vel, даже посмотрели эти сообщения, определили тип, описание.

Да мы даже запускали уже сколько узлов, но пора разобраться раз и навсегда, как делается запуск узлов!

Итак, запуск в консоли делается командой rosrun с аргументами имя пакета и имя узла. Например, для запуска turtlebot3_teleop_key из пакета turtlebot3_teleop делается командой:

rosrun turtlebot3_teleop turtlebot3_teleop_key

Аналогично, запуск из launch той же команды делается определением:

  <node pkg="turtlebot3_teleop" type="turtlebot3_teleop_key" name="turtlebot3_teleop_keyboard">
  </node>

Ещё раз разберём семантику атрибутов тэга <node>:

  • pkg - название пакета, из которого запускаем,
  • type - название узла, который в пакете надо запустить,
  • name - как узел будет называться в системе,
  • args - аргументы узла (здесь не представлены).

Отлично, как запускать какие-то узлы мы узнали, но давай подумаем с практической точки зрения. Если у сообщений через топики есть конкретный тип, а значит и формат, то мы можем использовать любой узел, который сможет публиковать сообщения с тем же типом в топик.

В таком случае мы можем заменить узел управления на другой, более удобный.

Посмотрим на этот узел телеуправления.

Попробуем установить его через apt:

sudo apt install ros-noetic-teleop-twist-keyboard

А теперь отключим наш исходный узел телеуправления и запустим новый!

rosrun teleop_twist_keyboard teleop_twist_keyboard.py

И, поехали! Обрати внимание, кнопки для управления другие.

Отлично, мы опробовали запуск через rosrun, а теперь попробуем сделать запуск с указанием предельных значений через launch. Создадим файл turtlebot3_teleop_new.launch и в нём пропишем запуск нового узла с параметризацией, как задано на странице GitHub:

<launch>
  <node pkg="teleop_twist_keyboard" type="teleop_twist_keyboard.py" name="turtlebot3_teleop_keyboard"  output="screen">
    <param name="speed" value="0.4" />
    <param name="turn" value="0.7" />
  </node>
</launch>

Про параметры узла мы ещё не говорили, но уже сейчас хочется настроить управление для более удобного контроля робота. Поэтому, настраивай конфигурацию под себя и поехали дальше!

Master

Последнее, что нам нужно узнать сегодня про узлы - это из маааленькая специфика работы. Зовётся эта маленькая, но очень важная специфика - мастер.

Закрой все узлы и попробуй запустить новый узел управления:

rosrun teleop_twist_keyboard teleop_twist_keyboard.py

Или rviz, или rosnode list.

Все они говорят о следующих ошибках:

  • Unable to register with master node [http://localhost:11311]: master may not be running yet.
  • ERROR: Unable to communicate with master!
  • Could not contact ROS master at [http://localhost:11311], retrying...

Все сообщают о том, что мастер не запущен! Да кто же этот ваш мастер?

Всё просто, посмотри на эту схему:

В части топиков и узлов, мастер выступает как хранитель информации. Когда узел публикует информацию, он сообщает, какой тип сообщений топика и как зовется топик для публикации мастеру. Аналогично при подписке узел запрашивает у мастера информацию по топику, есть ли топик с таким именем, какой у него тип (проверяет соответсвие) и т.д.

Вот так мастер стоит между подпиской и публикацией, чтобы организовать правильно все каналы связи!

Почему тогда всё работает, если сначала запустить launch через roslaunch? Roslaunch - это хитрая утилита, которая запускает мастера, если он ещё не запущен. Вот так, без каких-либо вопрсов =)

Можно ещё в логе старта увидеть строку "auto-starting new master"

А что же делать, если надо запустить один только узел без roslaunch? Тут тоже всё просто, надо сначала запустить roscore! Попробуй сначала стартануть roscore, а потом запускать узлы, что запускали ранее! Видишь, всё работает!

! Итого, мастер существует, пока запущен roscore или пока работает первый roslaunch, который его запускает.

Чему научились?

  • Получилось запустить новый узел телеуправления
  • Освоен новый инструмент визуализации rqt_graph

Вопросики

  • Что такое rosmaster? Зачем он нужен? Почему без него не стартуют узлы?
  • Почему при запуске launch не нужно стартовать roscore?
  • Какая команда rostopic отвечает за определение частоты публикации в топик?