2 - ROS2 - Robotique mobile

Turtlesim et modèle de Dubins

https://docs.ros.org/en/humble/Tutorials/Beginner-CLI-Tools/Introducing-Turtlesim/Introducing-Turtlesim.html

TurtleBot3 - Bases en Simulation

Astuces

Gazebo

Le robot ne spawn pas

On a remarqué que parfois certains processus de gazebo continuent à tourner ou sont redémarrés malgré l'arrêt du noeud ROS principal. Il faut alors tuer le processus avecla commande kill 1234, voir commandes utiles ci-dessous.

Commandes utiles

Ressources

TurtleBot3 - Piloter le Robot

https://emanual.robotis.com/docs/en/platform/turtlebot3/navigation/#navigation

 

Les 2 ordinateurs dans le FabLab sur le mur de gauche sont installés sous Ubuntu 22.04 avec ROS2 Humble et les paquets nécessaires au pilotage des TurtleBot3. Il faut utiliser le compte étudiant (et non le compte fablab qui se login automatiquement au démarrage) avec le même mdp que celui utilisé en TP. 

Vous pouvez emprunter un des 2 TurtleBot quand vous voulez en demandant à M. Carron ou M. Hentz dans le bureau en face :
- TurtleBot3 Burger
- TurtleBot3 Waffle + OpenManipulator X
Pensez bien à les recharger pour les suivants.

Un réseau Wifi fab-lab-5g est disponible et les TurtleBot configurés pour s'y connecter. Attention ce réseau est limité à 20Go de données, donc ne pas l'utiliser pour autre-chose que la robotique. Les PC doivent être connectés sur le même réseau que les TurtleBot. Vous devez ensuite vous connecter au Robot via ssh pour démarrer le noeud ROS2 côté robot :

ssh ubuntu@192.168.3.10 (burger) ou ssh ubuntu@192.168.3.11 (waffle) avec le même mdp qu'en TP.

Les autres noeuds sont lancés sur le PC : télémanipulation, cartographie, navigation autonome, planification de trajectoire avec évitement d'obstacle etc.

Calibration de la caméra

https://docs.nav2.org/tutorials/docs/camera_calibration.html

image.png

Ressources

Suivi de ligne ROS2 Humble

Le suivi de ligne repose surtout sur du traitement de l'image avec OpenCV, et l'envoi de commandes de vitesse au robot. Le code sous ROS1 devrait donc être portable assez directement sous ROS2.

Environnement de simulation Gazebo

Modélisation

Créer un paquet

Ressources

Pour le suivi d'une ligne blanche :

Behavior Trees Demo

Concepts

https://docs.nav2.org/concepts/index.html#behavior-trees 

https://docs.nav2.org/behavior_trees/overview/nav2_specific_nodes.html 

https://docs.nav2.org/behavior_trees/overview/detailed_behavior_tree_walkthrough.html 

Démo avec le Turtlebot3

https://github.com/sea-bass/turtlebot3_behavior_demos

Usage sans docker

On lance l'environnement de simulation lié à la démo de Behavior Tree :

Démos de Behavior Trees en Python

On regarde le fichier turtlebot3_behavior_demos/docker-compose.yaml pour déterminer les commandes Bash correspondant aux commande docker indiquées dans le dépôt.

Dans un second terminal, on lance une des démos suivantes :

Les fichiers source de la démo sont : 

Installation et démarrage du Turtlebot 3

Remarques sur les architectures ROS pour un robot mobile

L'architecture utilisée par Robotis pour son Turtlebot3, qui est également plébiscitée par la communauté de robotique mobile ROS Navigation 2, repose sur un PC embarqué (ARM64, Raspberry 4) sur le robot pour les calculs temps réel, et un PC de calcul et développement logiciel (AMD64, PC portable ou fixe) pour les calculs lourds et ayant une moindre contrainte temporelle. Les deux PC communiquent via un réseau wifi. On installe typiquement Ubuntu Server (sans interface graphique donc plus léger) sur la Raspberry et Ubuntu Desktop sur le PC.

Avec l'utilisation d'une Raspberry >=4, les problèmes de ressources sont moins importants et on peut envisager d'installer un environnement de bureau (interface graphique) et faire les calculs lourds sur la Raspberry. Dans cette architecture, on peut envisager de se connecter à l'environnement de bureau de la Raspberry depuis un PC (Linux ou Windows) via le wifi et VNC.

Il est déconseillé d'utiliser les applications graphiques de ROS comme RViz et Gazebo sur architecture ARM64. Par exemple, Gazebo 11 n'est pas disponible sur ARM64 sous ROS Humble. Il l'est depuis peu sous Jazzy.

Préconisation

Nous préconisons l'architecture suivante pour les TP et projets : 

Pour simplifier l'expérience utilisateur :

Installation de Ubuntu Desktop

Pour installer Ubuntu Desktop sur la Raspberry Pi 4 préalablement installée en Ubuntu server : 

cf. https://phoenixnap.com/kb/how-to-install-a-gui-on-ubuntu#ftoc-heading-4 

Installation Ubuntu Server

Version rapide

sudo umount /media/user/writable /media/user/system-boot

Attention, bien vérifier le disque associé à la carte SD avant de lancer la commande dd. Sinon on risque d'écraser le disque dur. En général disque dur = /dev/sda et carte SD = /dev/sdb

sudo gunzip -c ~/turtlebot3-manipulator-humble.img.gz | sudo dd of=/dev/sdb status=progress
            addresses: [IP_TURTLEBOT/24]
            gateway4: IP_BOX
            nameservers:
                addresses: [DNS_BOX_OPERATEUR, 9.9.9.9, 89.234.141.66]
            access-points:
                "SSID_WIFI":
                    password: PASSWORD_WIFI

Remarque : l'image a été créée après avoir suivi les instructions longues ci-dessous (et quelques workspace et package ros installés en plus) en lançant la commande suivante :

sudo dd if=/dev/sda status=progress | gzip -9 > ~/turtlebot3-manipulator-humble.img.gz

Reinitialiser le mot-de-passe

Voir la section 4 ici

Version longue

https://emanual.robotis.com/docs/en/platform/turtlebot3/sbc_setup/#sbc-setup 

Depuis un ordinateur sous Ubuntu 22.04
Depuis une VM WSL Ubuntu 22
Configuration réseau

Configurer la connexion automatique au réseau wifi et donner une IP fixe au robot (dans la plage DHCP autorisée par le routeur)  :

network:
    renderer: networkd
    ethernets:
        eth0:
            dhcp4: true
            dhcp6: true
            optional: true
    wifis:
        wlan0:
            dhcp4: false
            dhcp6: false
            addresses: [192.168.100.40/24]
            gateway4: 192.168.100.1
            nameservers:
                addresses: [192.168.100.1, 9.9.9.9, 89.234.141.66]
            access-points:
                fablab:
                    password: ...
    version: 2
network: {config: disabled}
Connexion au robot en ssh

Insérer la carte dans le robot, le démarrer assez proche du hotspot wifi configuré, se connecter en ssh depuis l'ordinateur :

Installation de ROS embarqué

Installer ROS 2 Humble sans interfaces graphiques (ros-humble-desktop) qui seront lancées sur l'ordinateur externe :

sudo apt update && sudo apt install locales
sudo locale-gen en_US en_US.UTF-8
sudo update-locale LC_ALL=en_US.UTF-8 LANG=en_US.UTF-8
export LANG=en_US.UTF-8
sudo apt install software-properties-common
sudo add-apt-repository universe
sudo apt update && sudo apt install curl
sudo curl -sSL https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/ros.key -o /usr/share/keyrings/ros-archive-keyring.gpg
echo "deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/usr/share/keyrings/ros-archive-keyring.gpg] http://packages.ros.org/ros2/ubuntu $(. /etc/os-release && echo $UBUNTU_CODENAME) main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/ros2.list > /dev/null
sudo apt update && sudo apt upgrade
sudo apt install ros-humble-ros-base ros-dev-tools
source /opt/ros/humble/setup.bash
echo 'source /opt/ros/humble/setup.bash' >> ~/.bashrc

Installer le workspace du turtlebot et les dépendances :

sudo apt install python3-argcomplete python3-colcon-common-extensions libboost-system-dev build-essential
sudo apt install ros-humble-hls-lfcd-lds-driver
sudo apt install ros-humble-turtlebot3-msgs
sudo apt install ros-humble-dynamixel-sdk
sudo apt install libudev-dev
mkdir -p ~/turtlebot3_ws/src && cd ~/turtlebot3_ws/src
git clone -b humble-devel https://github.com/ROBOTIS-GIT/turtlebot3.git
git clone -b ros2-devel https://github.com/ROBOTIS-GIT/ld08_driver.git
cd ~/turtlebot3_ws/src/turtlebot3
rm -r turtlebot3_cartographer turtlebot3_navigation2
cd ~/turtlebot3_ws/
echo 'source /opt/ros/humble/setup.bash' >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc
colcon build --symlink-install --parallel-workers 1
echo 'source ~/turtlebot3_ws/install/setup.bash' >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc

Configurer le Port USB pour OpenCR :

sudo cp `ros2 pkg prefix turtlebot3_bringup`/share/turtlebot3_bringup/script/99-turtlebot3-cdc.rules /etc/udev/rules.d/
sudo udevadm control --reload-rules
sudo udevadm trigger

ID de domain ROS pour la communication DDS :

echo 'export ROS_DOMAIN_ID=30 #TURTLEBOT3' >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc

Configurer le modèle du LIDAR : 

echo 'export LDS_MODEL=LDS-02' >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc

Raspberry Pi 5 - Ubuntu Noble 24.04 - ROS2 Jazzy

ROS2 Jazzy est la nouvelle version LTS. Elle est installable sur Raspberry Pi 5. 

Pour installer ROS2 Humble sur Ubuntu 24.04 il faut compiler depuis les sources : 

sudo apt install -y git colcon python3-rosdep2 vcstool wget python3-flake8-docstrings python3-pip python3-pytest-cov python3-flake8-blind-except python3-flake8-builtins python3-flake8-class-newline python3-flake8-comprehensions python3-flake8-deprecated python3-flake8-import-order python3-flake8-quotes python3-pytest-repeat python3-pytest-rerunfailures python3-vcstools libx11-dev libxrandr-dev libasio-dev libtinyxml2-dev

mkdir -p ~/ros2_iron/src

cd ~/ros2_iron

vcs import --input https://raw.githubusercontent.com/ros2/ros2/iron/ros2.repos src

sudo rm /etc/ros/rosdep/sources.list.d/20-default.list

sudo apt upgrade

sudo rosdep init

rosdep update

rosdep install --from-paths src --ignore-src --rosdistro iron -y --skip-keys "fastcdr rti-connext-dds-6.0.1 urdfdom_headers python3-vcstool"

colcon build --symlink-install

cf. https://forums.raspberrypi.com/viewtopic.php?t=361746