Robotique Open Source

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1 - ROS2 - Démarrage

1 - ROS2 - Démarrage

Installation PC ROS2

ROS est un Middleware Open Source pour développer des applications robotiques. Originellement développé sous Linux (Ubuntu), il est maintenant disponible sur plusieurs systèmes d'exploitation dont Debian et Windows.

Installation des prérequis et liens importants

Pour des raisons de stabilité et légèreté du système, il y a tout à penser que les déploiements de ROS dans des milieux industriels se font (robotique autonome et mobile) et se feront à l'avenir sur Ubuntu et de plus en plus Debian. L'industrie des serveurs a déjà largement adopté Debian pour sa stabilité et sa modularité. C'est pourquoi plutôt que d'apprendre la ligne de commande Windows, nous recommandons d'apprendre la ligne de commande Bash, utilisée dans Ubuntu/Debian. Pour cela, il faut installer un système (noyau) Linux, plusieurs options s'offrent à nous:

Notes importantes pour les installations virtuelles (deux premières options d'installation) :

Ubuntu via Windows SubSystem for Linux (WSL2)

WSL2 installe une machine virtuelle avec le noyau Linux complet, supporté et managé par Microsoft Windows. Il n'y a pas besoin de droits administrateur car le logiciel est disponible dans le store Windows.

Prérequis :

Installation de Ubuntu 22 :

sudo apt update
sudo apt upgrade

Depuis Windows, pour éteindre les Machines Virtuelles Ubuntu et ainsi libérer la mémoire RAM affectée :

Docker dans une VM WSL2

Pour utiliser docker dans une VM WSL2, par exemple Ubuntu :

Ubuntu via VirtualBox

Télécharger et installer VirtualBox pour Windows : https://www.oracle.com/virtualization/technologies/vm/downloads/virtualbox-downloads.html

image.pngimage.png

image.png

Exportation de VM au format OVF

Le système du TP est maintenu à jour et testé sur un PC Windows. Pour l'exporter sur les PC de salle TP, on veut avoir une image la plus petite possible.

image.png

image.png

Setup pour TP MoveIt2+URSim à l'IUT de Haguenau

La première année j'ai expérimenté avec des PC Windows et VirtualBox :

image.png

En 2025 je change donc de fusil d'épaule et utilise la salle réseau de l'IUT :

Migration VM vers disque physique

Entre 2024 et 2025 je suis passé de TPs en VM VirtualBox vers des PC physiques. Dans les deux cas, je maintiens l'environnement de TP sur VirtualBox de mon PC Windows. Ceci présente l'avantage de pouvoir maintenir des états de machines en fonction du type de TP.

On peut déployer un disque virtuel de VM vers un disque physique :

image.png

image.png

image.png

Windows 10/11

Une installation native sous Windows 10 avec Visual Studio 2019 (Version Community gratuite) est possible :

Installation de ROS2 Humble

Les distributions stables publiées (pré-compilées) de ROS2 sont nommées par ordre alphabétique. Début 2023, on va installer ROS 2 Humble :

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-desktop-full
source /opt/ros/humble/setup.bash
echo 'source /opt/ros/humble/setup.bash' >> ~/.bashrc

Tester l'installation

https://docs.ros.org/en/humble/Installation/Ubuntu-Install-Debians.html#try-some-examples

Installation de Jazzy pour la Navigation et Manipulation

avec UR, Turtlebot3, Nav2, MoveIt2, etc.

  1  sudo apt update && sudo apt install locales
    2  sudo locale-gen en_US en_US.UTF-8
    3  sudo update-locale LC_ALL=en_US.UTF-8 LANG=en_US.UTF-8
    4  export LANG=en_US.UTF-8
    5  sudo apt install software-properties-common
    6  sudo add-apt-repository universe
    7  sudo apt update && sudo apt install curl
    8  sudo curl -sSL https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/ros.key -o /usr/share/keyrings/ros-archive-keyring.gpg
    9  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
   10  sudo apt update && sudo apt upgrade
   11  sudo apt install ros-dev-tools
   12  exit
   13  locale
   14  sudo apt install ros-jazzy-desktop-full
   15  echo 'source /opt/ros/jazzy/setup.bash' >> ~/.bashrc
   16  exit
   17  ros2 run demo_nodes_cpp talker~
   18  ros2 run demo_nodes_cpp talker
   19  exit
   20  ros2 run demo_nodes_cpp listener
   21  exit
   22  sudo apt install docker-compose
   23  sudo usermod -aG docker $USER
   24  sudo service docker start
   25  docker run hello-world
   26  sudo service docker status
   27  docker run hello-world
   28  exit
   29  docker run hello-world
   30  sudo service docker restart
   31  docker run hello-world
   32  sudo usermod -aG docker robot
   33  docker run hello-world
   34  docker pull universalrobots/ursim_e-series
   35  exit
   36  docker run hello-world
   37  sudo service docker restart
   38  docker run hello-world
   39  sudo service docker start
   40  sudo service docker status
   41  docker run hello-world
   42  docker pull universalrobots/ursim_e-series
   43  sudo usermod -aG docker robot
   44  exit
   45  sudo apt install python3-argcomplete python3-colcon-common-extensions libboost-system-dev build-essential
   46  sudo apt install ros-jazzy-hls-lfcd-lds-driver ros-jazzy-turtlebot3-msgs ros-jazzy-dynamixel-sdk libudev-dev
   47  mkdir -p ~/turtlebot3_ws/src && cd ~/turtlebot3_ws/src
   48  git clone -b humble-devel https://github.com/ROBOTIS-GIT/turtlebot3.git
   49  git clone -b ros2-devel https://github.com/ROBOTIS-GIT/ld08_driver.git
   50  cd ~/turtlebot3_ws/src/turtlebot3
   51  rm -r turtlebot3_cartographer turtlebot3_navigation2
   52  cd ~/turtlebot3_ws/
   53  echo 'source /opt/ros/humble/setup.bash' >> ~/.bashrc
   54  source ~/.bashrc
   55  cd ..
   56  sudo nano .bashrc
   57  exit
   58  cd turtlebot3_ws/
   59  source install/setup.bash 
   60  ros2 launch turtlebot3_gazebo turtlebot3_world.launch.py
   61  ls src/
   62  colcon build --symlink-install
   63  rosdep update && rosdep install --ignore-src --from-paths src -y
   64  vcs --help
   65  vcs status
   66  sudo apt list ros-jazzy-gazebo-ros-pkgs
   67  sudo apt list ros-jazzy-ros-gz
   68  sudo apt install ros-jazzy-ros-gz
   69  colcon build --symlink-install
   70  ros2 launch nav2_bringup tb3_simulation_launch.py slam:=True nav:=True headless:=False use_sim_time:=True
   71  sudo apt install ros-jazzy-navigation2 ros-jazzy-nav2-bringup 
   72  ros2 launch nav2_bringup tb3_simulation_launch.py headless:=False
   73  exit
   74  cd ..
   75  cd turtlebot3_ws/
   76  colcon build --symlink-install --parallel-workers 1
   77  cd src/
   78  git clone -b humble https://github.com/ROBOTIS-GIT/turtlebot3_simulations.git
   79  cd ..
   80  colcon build --symlink-install --parallel-workers 1
   81  sudo nano .bashrc
   82  sudo nano ~/.bashrc
   83  source install/setup.bash 
   84  ros2 launch turtlebot3_gazebo turtlebot3_world.launch.py
   85  sudo apt list ros-jazzy-turtlebot3-*
   86  sudo apt install ros-jazzy-turtlebot3-fake-node
   87  sudo apt install ros-jazzy-gazebo-msgs
   88  cd src/
   89  sudo apt update && rosdep install -r --from-paths . --ignore-src --rosdistro $ROS_DISTRO -y
   90  rosdep update
   91  sudo apt update && rosdep install -r --from-paths . --ignore-src --rosdistro $ROS_DISTRO -y
   92  sudo curl https://packages.osrfoundation.org/gazebo.gpg --output /usr/share/keyrings/pkgs-osrf-archive-keyring.gpg
   93  echo "deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/usr/share/keyrings/pkgs-osrf-archive-keyring.gpg] http://packages.osrfoundation.org/gazebo/ubuntu-stable $(lsb_release -cs) main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/gazebo-stable.list > /dev/null
   94  sudo apt-get update
   95  sudo apt-get install gz-harmonic
   96  cd ..
   97  colcon build --symlink-install --parallel-workers 1
   98  cd ..
   99  ls
  100  mkdir -p ur_ws/src
  101  cd ur_ws/src
  102  cd ..
  103  git clone https://github.com/UniversalRobots/Universal_Robots_ROS2_Tutorials.git src/ur_tutorials
  104  rosdep update && rosdep install --ignore-src --from-paths src -y
  105  git clone -b ros2 https://github.com/UniversalRobots/Universal_Robots_ROS2_GZ_Simulation.git src/ur_simulation_gz
  106  rosdep update && rosdep install --ignore-src --from-paths src -y
  107  colcon build --symlink-install
  108  exit
  109  docker run hello-world
  110  docker pull universalrobots/ursim_e-series
  111  ros2 run ur_robot_driver start_ursim.sh -m ur5e
  112  sudo apt install ros-jazzy-ur
  113  sudo apt list python3-rosdep
  114  sudo rosdep init
  115  rosdep update
  116  sudo apt update
  117  sudo apt dist-upgrade
  118  ros2 run ur_robot_driver start_ursim.sh -m ur5e
  119  sudo apt list python3-colcon*
  120  colcon mixin add default https://raw.githubusercontent.com/colcon/colcon-mixin-repository/master/index.yaml
  121  colcon mixin update default
  122  sudo apt list python3-vcstool
  123  mkdir -p ~/ws_moveit/src
  124  cd ~/ws_moveit/src
  125  git clone -b main https://github.com/moveit/moveit2_tutorials
  126  vcs import --recursive < moveit2_tutorials/moveit2_tutorials.repos
  127  cd moveit2
  128  git checkout jazzy
  129  ls 
  130  ls moveit2.repos 
  131  cat moveit2.repos 
  132  cd ..
  133  cd src/
  134  sudo apt update && rosdep install -r --from-paths . --ignore-src --rosdistro $ROS_DISTRO -y
  135  cd ..
  136  colcon build --mixin releasee

Installation d'autres versions de ROS2

Pour avoir accès à toutes les dernières fonctionnalités en cours de développement (partiellement publiées), il faut installer ROS2 Rolling, qui est une distribution en développement continu "rolling release". Par exemple en Avril 2023, l'API Python de MoveIt2 et son tutoriel ne sont disponibles que sous rolling.

On peut installer plusieurs versions de ros en parallèle. Chaque version sera installée dans /opt/ros/version. Pour faire cohabiter les deux versions, il faut "sourcer" le bon répertoire avant de lancer un programme ros2 launch ... ou de compiler un workspace colcon build .... Deux options s'offrent à nous :

Gestion de version avec Ansible

L'idéal serait de gérer l'état des VM/PC de TP avec ansible plutôt que des snapshot VirtualBox

https://github.com/richlamdev/ansible-desktop-ubuntu

Outils utiles

Terminal multi-fenêtres Terminator

Visual Studio Codium

Pour éviter d'alourdir la VM avec de la télémétrie Microsoft, on installe la version sans tracker de Visual Studio Code depuis un dépôt debian :

wget https://gitlab.com/paulcarroty/vscodium-deb-rpm-repo/raw/master/pub.gpg 
sudo mv pub.gpg /usr/share/keyrings/vscodium-archive-keyring.asc
echo 'deb [ signed-by=/usr/share/keyrings/vscodium-archive-keyring.asc ] https://paulcarroty.gitlab.io/vscodium-deb-rpm-repo/debs vscodium main' \
    | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/vscodium.list
sudo apt update
sudo apt install codium

Installer Firefox dans WSL

https://askubuntu.com/questions/1444962/how-do-i-install-firefox-in-wsl-when-it-requires-snap-but-snap-doesnt-work

sudo snap remove firefox
sudo apt remove firefox
sudo add-apt-repository ppa:mozillateam/ppa

# Create a new file, it should be empty as it opens:
sudo gedit /etc/apt/preferences.d/mozillateamppa

# Insert these lines, then save and exit
Package: firefox*
Pin: release o=LP-PPA-mozillateam
Pin-Priority: 501

# after saving, do
sudo apt update
sudo apt install firefox-esr

Alléger Ubuntu (pour VM ou clonage)

Désinstaller snap :

sudo rm -rf /var/cache/snapd/

sudo apt autoremove --purge snapd gnome-software-plugin-snap

rm -fr ~/snap

# sudo apt-mark hold snapd

cat <<EOF | sudo tee /etc/apt/preferences.d/nosnap.pref
# To prevent repository packages from triggering the installation of Snap,
# this file forbids snapd from being installed by APT.
# For more information: https://linuxmint-user-guide.readthedocs.io/en/latest/snap.html

Package: snapd
Pin: release a=*
Pin-Priority: -10
EOF

Installer le magasin d'applications de gnome sans snap/flatpak sudo apt install gnome-software --no-install-recommends

Supprimer les paquets apt plus nécessaires sudo apt autoremove --purge

Supprimer le cache de compilation de VSCode ~/.cache/vscode-cpptools

Supprimer les fichiers de compilation des workspaces qui ne seront pas utilisés en TP. Attention à conserver les paquets qui devront être compilés en TP (en utilisant colcon build --package-select).

Réduire la taille de la partition via l'application Disks. Celle-ci pourra être agrandie après copie de la VM.

Sources

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Auteur: Gauthier Hentz, sur le wiki de l'innovation de l'IUT de Haguenau

Attribution-NonCommercial-PartageMemeConditions 4.0 International (CC BY-NC-SA 4.0)

1 - ROS2 - Démarrage

Tutoriels de base

Pour comprendre les concepts de ROS2 par la pratique, il existe des tutoriels pour débutant. Ils reposent sur la simulation d'un robot mobile à deux roues principales développé par les développeurs de ROS en 2010 : Turtlebot. Le TurtleBot 3 est vendue par Robotis et peut être couplé à un bras manipulateur 5 axes OpenMANIPULATOR-X. Il est possible de simuler des applications de manipulation mobile avec Gazebo.

Pour réaliser les tutoriels de base, il nous faut un environnement de développement, deux options :

Supposons que vous avez installé et testé votre environnement comme celui de la VM.

Connexion à la VM

Nous pouvons directement passer aux tutoriels sur les outils ROS 2 en ligne de commande :

Ces premiers tutoriels ne nécessitent qu'une installation basique de ROS 2, on n'y regarde pas le code source.

Ensuite on passe aux tutoriels sur les bibliothèques clientes de ROS 2 en C++ et Python : 

Ces tutoriels vous engagent à copier et analyser du code source en C++ et Python. Les fichiers créés sont placés dans le dossier de travail (workspace) /home/etudiant/ros2_ws/src, à ouvrir avec Visual Studio Code :

image.png

Vous trouverez des fichiers de correction commentés dans ros2_ws/src/cpp_pubsub/src/, en particulier :

Pour les tester il faut lancer :

cd ~/ros2_ws
colcon build --packages-select cpp_pubsub
source install/setup.bash
ros2 run cpp_pubsub talker

Le noeud se met à publier/parler :

[INFO] [minimal_publisher]: Publishing: "Hello World: 0"
[INFO] [minimal_publisher]: Publishing: "Hello World: 1"
[INFO] [minimal_publisher]: Publishing: "Hello World: 2"
[INFO] [minimal_publisher]: Publishing: "Hello World: 3"
[INFO] [minimal_publisher]: Publishing: "Hello World: 4"

Puis dans un second Terminal :

ros2 run cpp_pubsub listener

Le noeud se met à écouter :

[INFO] [minimal_subscriber]: I heard: "Hello World: 10"
[INFO] [minimal_subscriber]: I heard: "Hello World: 11"
[INFO] [minimal_subscriber]: I heard: "Hello World: 12"
[INFO] [minimal_subscriber]: I heard: "Hello World: 13"
[INFO] [minimal_subscriber]: I heard: "Hello World: 14"

Tapez Ctrl+C dans chaque Terminal pour arrêter les noeuds ("stop spinning").

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Auteur: Gauthier Hentz, sur le wiki de l'innovation de l'IUT de Haguenau

 Attribution-NonCommercial-PartageMemeConditions 4.0 International (CC BY-NC-SA 4.0) 

1 - ROS2 - Démarrage

Découverte d'Ubuntu Linux et son Terminal Bash

Navigating the Ubuntu GUI

In this exercise, we will familiarize ourselves with the graphical user interface (GUI) of the Ubuntu operating system.

Task 1: Familiarize Yourself with the Ubuntu Desktop

At the log-in screen, click in the password input box, enter rosindustrial for the password, and hit enter. The screen should look like the image below when you log in:

../../_images/ubuntu_desktop.png

There are several things you will notice on the desktop:

../../_images/ubuntu_desktop_details.png

  1. The gear icon on the top right of the screen brings up a menu which allows the user to log out, shut down the computer, access system settings, etc…

  2. The bar on the left side shows running and “favorite” applications, connected thumb drives, etc.

  3. The top icon is used to access all applications and files. We will look at this in more detail later.

  4. The next icons are either applications which are currently running or have been “pinned” (again, more on pinning later)

  5. Any removable drives, like thumb drives, are found after the application icons.

  6. If the launcher bar gets “too full”, clicking and dragging up/down allows you to see the applications that are hidden.

  7. To reorganize the icons on the launcher, click and hold the icon until it “pops out”, then move it to the desired location.


Task 2: Open and Inspect an Application

Click on the filing-cabinet icon in the launcher. A window should show up, and your desktop should look like something below:

../../_images/ubuntu_folder_browser.png

Things to notice:

  1. The close, minimize, and maximize buttons typically found on the right-hand side of the window title bar are found on the left-hand side.

  2. The menu for windows are found on the menu bar at the top of the screen, much in the same way Macs do. The menus, however, only show up when you hover the mouse over the menu bar.

  3. Notice that there are menu highlights of the folder icon. The dots on the left show how many windows of this application are open. Clicking on these icons when the applications are open does one of two things:

  • If there is only one window open, this window gets focus.

  • If more than one are open, clicking a second time causes all of the windows to show up in the foreground, so that you can choose which window to go to (see below):

../../_images/ubuntu_inspect.png


Task 3: Start an Application & Pin it to the Launcher Bar

Click on the launcher button (top left) and type gedit in the search box. The “Text Editor” application (this is actually gedit) should show up (see below):

../../_images/ubuntu_start_application.png

Click on the application. The text editor window should show up on the screen, and the text editor icon should show up on the launcher bar on the left-hand side (see below):

../../_images/ubuntu_application_pin.png

  1. Right-click on the text editor launch icon, and select “Lock to Launcher”.

  2. Close the gedit window. The launcher icon should remain after the window closes.

  3. Click on the gedit launcher icon. You should see a new gedit window appear.

Le Terminal Linux

In this exercise, we will familiarize ourselves with the Linux terminal.

Starting the Terminal

  1. Pour ouvrir le Terminal, recherchez le programme "terminator" ou cliquez sur l'icône:

    63008829.png

  2. Create a second terminal window, either by:

    • Right-clicking on the terminal and selecting the “Open Terminal” or

    • Selecting “Open Terminal” from the “File” menu

  3. Create a second terminal within the same window by pressing “Ctrl+Shift+T” while the terminal window is selected.

  4. Close the 2nd terminal tab, either by:

    • clicking the small ‘x’ in the terminal tab (not the main terminal window)

    • typing exit and hitting enter.

  5. The window will have a single line, which looks like this:

    ros-industrial@ros-i-humble-vm:~$

  6. This is called the prompt, where you enter commands. The prompt, by default, provides three pieces of information:

    1. ros-industrial is the login name of the user you are running as.

    2. ros-i-humble-vm is the host name of the computer.

    3. ~ is the directory in which the terminal is currently in. (More on this later).

  7. Close the terminal window by typing exit or clicking on the red ‘x’ in the window’s titlebar.

Navigating Directories and Listing Files

Prepare your environment

  1. Open your home folder in the file browser.

  2. Double-click on the ex0.3 folder we created in the previous step.

    • We’ll use this to illustrate various file operations in the terminal.

  3. Right click in the main file-browser window and select “Open in Terminal” to create a terminal window at that location.

  4. In the terminal window, type the following command to create some sample files that we can study later:

    • cp -a ~/industrial_training/exercises/0.3/. .

ls Command

  1. Enter ls into the terminal.

    • You should see test.txt, and new listed. (If you don’t see ‘new’, go back and complete the previous exercise).

    • Directories, like new, are colored in blue.

    • The file sample_job is in green; this indicates it has its “execute” bit set, which means it can be executed as a command.

  2. Type ls *.txt. Only the file test.txt will be displayed.

  3. Enter ls -l into the terminal.

    • Adding the -l option shows one entry per line, with additional information about each entry in the directory.

    • The first 10 characters indicate the file type and permissions

    • The first character is d if the entry is a directory.

    • The next 9 characters are the permissions bits for the file

    • The third and fourth fields are the owning user and group, respectively.

    • The second-to-last field is the time the file was last modified.

    • If the file is a symbolic link, the link’s target file is listed after the link’s file name.

  4. Enter ls -a in the terminal.

    • You will now see one additional file, which is hidden.

  5. Enter ls -a -l (or ls -al) in the command.

    • You’ll now see that the file hidden_link.txt points to .hidden_text_file.txt.

pwd and cd Commands

  1. Enter pwd into the terminal.

    • This will show you the full path of the directory you are working in.

  2. Enter cd new into the terminal.

    • The prompt should change to ros-industrial@ros-i-humble-vm:~/ex0.3/new$.

    • Typing pwd will show you now in the directory /home/ros-industrial/ex0.3/new.

  3. Enter cd .. into the terminal. * In the previous exercise, we noted that .. is the parent folder. * The prompt should therefore indicate that the current working directory is /home/ros-industrial/ex0.3.

  4. Enter cd /bin, followed by ls.

    • This folder contains a list of the most basic Linux commands.
      Note that pwd and ls are both in this folder.

  5. Enter cd ~/ex0.3 to return to our working directory.

    • Linux uses the ~ character as a shorthand representation for your home directory.

    • It’s a convenient way to reference files and paths in command-line commands.

    • You’ll be typing it a lot in this class… remember it!

If you want a full list of options available for any of the commands given in this section, type man <command> (where <command> is the command you want information on) in the command line. This will provide you with built-in documentation for the command. Use the arrow and page up/down keys to scroll, and q to exit.

Altering Files

mv Command

  1. Type mv test.txt test2.txt, followed by ls.

    • You will notice that the file has been renamed to test2.txt.
      This step shows how mv can rename files.

  2. Type mv test2.txt new, then ls.

    • The file will no longer be present in the folder.

  3. Type cd new, then ls.

    • You will see test2.txt in the folder.
      These steps show how mv can move files.

  4. Type mv test2.txt ../test.txt, then ls.

    • test2.txt will no longer be there.

  5. Type cd .., then ls.

    • You will notice that test.txt is present again.
      This shows how mv can move and rename files in one step.

cp Command

  1. Type cp test.txt new/test2.txt, then ls new.

    • You will see test2.txt is now in the new folder.

  2. Type cp test.txt "test copy.txt", then ls -l.

    • You will see that test.txt has been copied to test copy.txt.
      Note that the quotation marks are necessary when spaces or other special characters are included in the file name.

rm Command

  1. Type rm "test copy.txt", then ls -l.

    • You will notice that test copy.txt is no longer there.

mkdir Command

  1. Type mkdir new2, then ls.

    • You will see there is a new folder new2.

touch Command

  1. Type touch ~/Templates/"Untitled Document".

    • This will create a new Document named “Untitled Document”

You can use the -i flag with cp, mv, and rm commands to prompt you when a file will be overwritten or removed.

Editing Text (and Other GUI Commands)

  1. Type gedit test.txt.

    • You will notice that a new text editor window will open, and test.txt will be loaded.

    • The terminal will not come back with a prompt until the window is closed.

  2. There are two ways around this limitation. Try both…

  3. Starting the program and immediately returning a prompt:

    1. Type gedit test.txt &.

      • The & character tells the terminal to run this command in “the background”, meaning the prompt will return immediately.

    2. Close the window, then type ls.

      • In addition to showing the files, the terminal will notify you that gedit has finished.

  4. Moving an already running program into the background:

    1. Type gedit test.txt.

      • The window should open, and the terminal should not have a prompt waiting.

    2. In the terminal window, press Ctrl+Z.

      • The terminal will indicate that gedit has stopped, and a prompt will appear.

    3. Try to use the gedit window.

      • Because it is paused, the window will not run.

    4. Type bg in the terminal.

      • The gedit window can now run.

    5. Close the gedit window, and type ls in the terminal window.

      • As before, the terminal window will indicate that gedit is finished.

Running Commands as Root

  1. In a terminal, type ls -a /root.

    • The terminal will indicate that you cannot read the folder /root.

    • Many times you will need to run a command that cannot be done as an ordinary user, and must be done as the “super user”

  2. To run the previous command as root, add sudo to the beginning of the command.

    • In this instance, type sudo ls -a /root instead.

    • The terminal will request your password (in this case, rosindustrial) in order to proceed.

    • Once you enter the password, you should see the contents of the /root directory.

Warning: sudo is a powerful tool which doesn’t provide any sanity checks on what you ask it to do, so be VERY careful in using it

 

https://industrial-training-master.readthedocs.io/en/humble/_source/prerequisites/Navigating-the-Ubuntu-GUI.html

1 - ROS2 - Démarrage

Usage avancé du bash Linux

Job management

Stopping Jobs

  1. Type ./sample_job.

    • The program will start running.

  2. Press Control+C.

    • The program should exit.

  3. Type ./sample_job sigterm.

    • The program will start running.

  4. Press Control+C.

    • This time the program will not die.

Stopping “Out of Control” Jobs

  1. Open a new terminal window.

  2. Type ps ax.

  3. Scroll up until you find python ./sample_job sigterm.

    • This is the job that is running in the first window.

    • The first field in the table is the ID of the process (use man ps to learn more about the other fields).

  4. Type ps ax | grep sample.

    • You will notice that only a few lines are returned.

    • This is useful if you want to find a particular process

    • Note: this is an advanced technique called “piping”, where the output of one program is passed into the input of the next. This is beyond the scope of this class, but is useful to learn if you intend to use the terminal extensively.

  5. Type kill <id>, where <id> is the job number you found with the ps ax.

  6. In the first window, type ./sample_job sigterm sigkill.

    • The program will start running.

  7. In the second window, type ps ax | grep sample to get the id of the process.

  8. Type kill <id>.

    • This time, the process will not die.

  9. Type kill -SIGKILL <id>.

    • This time the process will exit.

Showing Process and Memory usage

  1. In a terminal, type top.

    • A table will be shown, updated once per second, showing all of the processes on the system, as well as the overall CPU and memory usage.

  2. Press the Shift+P key.

    • This will sort processes by CPU utilization.
      This can be used to determine which processes are using too much CPU time.

  3. Press the Shift+M key.

    • This will sort processes by memory utilization
      This can be used to determine which processes are using too much memory.

  4. Press q or Ctrl+C to exit the program.

2 - ROS2 - Robotique mobile

2 - ROS2 - Robotique mobile

Turtlesim et modèle de Dubins

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

2 - ROS2 - Robotique mobile

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

2 - ROS2 - Robotique mobile

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.

2 - ROS2 - Robotique mobile

Calibration de la caméra

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

image.png

Ressources

2 - ROS2 - Robotique mobile

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 :

2 - ROS2 - Robotique mobile

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 : 

2 - ROS2 - Robotique mobile

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 Ubuntu Server

Configuration clavier en Français

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

Installation d'un environnement graphique

Pour installer un environnement graphique sur la Raspberry Pi 4 préalablement installée en Ubuntu server. On choisit Mate qui est léger et assez moderne à la fois : 

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

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

A faire

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 

3 - ROS2 - Manipulation Mobile

3 - ROS2 - Manipulation Mobile

Assemblage du Turtlebot et OpenManipulator-X et configuration initiale

https://www.classes.cs.uchicago.edu/archive/2022/fall/20600-1/turtlebot_assembly_setup.html

A Word of Caution

This page is NOT intended for student use. This page is designed for course staff to build and maintaing the turtlebots. If you are a student, please ensure you have permission from course staff before making any of the changes detailed on this page to any of the turtlebots.


Setup Checklist


Turtlebot Assembly Tips

Turtlebot3

OpenMANIPULATOR Arm


OpenMANIPULATOR Arm First-Time Configuration

After assembling an OpenMANIPULATOR arm, its servos must first be configured properly before it can be used. By default, all the arm motors are set to the same ID (1) and the wrong baud rate, which causes collisions when trying to detect them.

  1. Connect a SINGLE motor (no daisy-chains in the arm) to the OpenCR module and DISCONNECT ALL OTHER MOTORS (the wheel motors!!)
  2. Open up Dynamixel Wizard 2.0 and update the firmware for that motor by following this tutorial. The arm Dynamixel model is XM430-W350, and the wheel motors are XM430-W210.
  3. Scan for connected Dynamixels using the “Scan” button on the top menu. If the scan does not turn up any results, you may need to change the scan options in the "Options" menu. By default, an unconfigured arm motor will have ID 1, be on Protocol 2.0, and have a baud rate of 57600 bps.
  4. Change the ID for the detected motor from 1 to 11/12/13/14/15 (whichever you're doing the procedure for). Click on the “ID” item, and find the ID # you want in the lower right corner. Click it and press “Save”.
  5. Change the baud rate to 1M (if not already 1M). Click on the “Baud Rate (Bus)” item, and find the 1 Mbps option. Click it and press “Save”.
  6. Disconnect the motor (both in the wizard by clicking “Disconnect” up top and physically disconnecting from the board) and repeat the steps for the remaining ones.


Attaching/Detaching the OpenMANIPULATOR Arm

Physical Attachment/Detachment

Follow these steps below:

  1. The arm can be attached and detached by first removing the top layer of the the Turtlebot. There are 10 screws around the perimeter of the top layer that you will need to remove with a Phillips head / cross screwdriver.
  2. Once the top layer of the Turtlebot is loose, disconnect the cable that is attached to the LiDAR. This cable is multi-colored with several pins.
    Note: ONLY remove this LiDAR cable in this step.

    Turtlebot3 with an arm.

    Once the top layer is fully disconnected, flip the top layer upside-down for easy access.
  3. To connect the arm, there are four screws that you will need to insert through the bottom side of the top layer that connect to Dynamixel #11. The exact location of the screws are marked in the picture below. Use an hex/allen key to secure them.

    Turtlebot3 with an arm.

  4. Once the arm is securely attached, thread the cable connected to DynaMIXEL #11 through the top layer (if not already threaded) and attach the other end to the remaining 3-pin slot on the OpenCR board. It should be the open slot adjacent to the already occupied slots.
  5. Reconnect the LiDAR cable and re-screw the top layer onto the robot.

To disconnect the arm, follow the same steps as above, but remove the four screws instead and disconnect the DynaMIXEL.

Updating Firmware and Files

Every time the arm is attached or detached, you will need to reconfigure environment variables and update the OpenCR firmware.

If you are attaching the arm, set the environment variable OPENCR_MODEL=om_with_tb3 and ensure that OPENCR_PORT=/dev/ttyACM0 in the ~/.bashrc file.

Note: You can also set those environment variables in the command line by running:
$ export OPENCR_PORT=/dev/ttyACM0
$ export OPENCR_MODEL=om_with_tb3

Source the file and update the firmware with:

$ source ~/.bashrc
$ cd ~/opencr_update && ./update.sh $OPENCR_PORT $OPENCR_MODEL.opencr


If you are detaching the arm, set the environment variable OPENCR_MODEL=waffle and ensure that OPENCR_PORT=/dev/ttyACM0 in the ~/.bashrc file.

Enter the OpenCR board into firmware recovery mode by pressing and holding SW2, and simultaneously pressing RESET (you will need to remove the top layer of the turtlebot in order to access those OpenCR buttons). If you want to read more about the OpenCR bootloader, please refer to this page in the OpenCR 1.0 manual.


buttons on OpenCR

Source the file and update the firmware with:

$ source ~/.bashrc
$ cd ~/opencr_update && ./update.sh $OPENCR_PORT $OPENCR_MODEL.opencr


Common Errors During Setup

Firmware Recovery Mode and Device Firmware Update for OpenCR Board

We found the firmware recovery mode not clearly detailed in the Turtlebot3 manual. Here are the steps for firmware recovery:

  1. Push and hold SW2
  2. Press RESET
  3. Release SW2
  4. Arduino code should upload successfully with jump_with_fw

Firmware recovery is different from device firmware update (DFU), where the steps are:

  1. Push and hold BOOT
  2. Press RESET
  3. Release BOOT

Troubleshooting /dev/ttyACM0 Connection Issues

If the /dev/ttyACM0 port isn't found or running bringup on the Pi is hanging:

If the hydro rosserial / groovy Arduino error appears:

3 - ROS2 - Manipulation Mobile

Installation et démarrage du OpenManipulator-X & Turtlebot 3

Suivre d'abord https://innovation.iha.unistra.fr/books/robotique-open-source/page/installation-et-demarrage-du-turtlebot-3 

Montage et Configuration des Dynamixels

https://www.classes.cs.uchicago.edu/archive/2022/fall/20600-1/turtlebot_assembly_setup.html

Pour l'Open-Manipulator

Configurer les dynamixel (baud et ID 11 à 15) https://www.classes.cs.uchicago.edu/archive/2022/fall/20600-1/turtlebot_assembly_setup.html#arm-first-time :

Pour le Turtlebot

Via Arduino IDE ou DynamixelWizard en s'inspirant de : https://emanual.robotis.com/docs/en/platform/turtlebot3/faq/#setup-dynamixels-for-turtlebot3

Test depuis un PC sans la raspberry

Téléopération du OpenManipulator-X seul

Suivre le tutoriel Foxy en remplaçant foxy par humble et foxy-devel par ros2 en utilisant l'interface de communication OpenCR : https://emanual.robotis.com/docs/en/platform/openmanipulator_x/quick_start_guide/

Pour tester le bon fonctionnement du bras et de sa pince, on connecte la carte OpenCR directement à un PC ayant ROS Humble préinstallé :

sudo apt install ros-humble-rqt* ros-humble-joint-state-publisher
mkdir -p ~/openmanipulator_ws/src/
cd ~/openmanipulator_ws/src/
git clone -b ros2 https://github.com/ROBOTIS-GIT/DynamixelSDK.git
git clone -b ros2 https://github.com/ROBOTIS-GIT/dynamixel-workbench.git
git clone -b ros2 https://github.com/ROBOTIS-GIT/open_manipulator.git
git clone -b ros2 https://github.com/ROBOTIS-GIT/open_manipulator_msgs.git
git clone -b ros2 https://github.com/ROBOTIS-GIT/open_manipulator_dependencies.git
git clone -b ros2 https://github.com/ROBOTIS-GIT/robotis_manipulator.git
cd ~/openmanipulator_ws && colcon build --symlink-install

image.png

Programmation hors-ligne du OpenManipulator-X et TurtleBot3 depuis MoveIt

On suit le tutoriel https://emanual.robotis.com/docs/en/platform/turtlebot3/manipulation/#operate-the-actual-openmanipulator en installant tout ce qui est censé être installé sur le raspberry [SBC]/[TurtleBot3] sur le PC [Remote PC].

sudo apt install ros-humble-dynamixel-sdk ros-humble-ros2-control ros-humble-ros2-controllers ros-humble-gripper-controllers ros-humble-moveit
cd ~/turtlebot3_ws/src/
git clone -b humble-devel https://github.com/ROBOTIS-GIT/turtlebot3_manipulation.git
cd ~/turtlebot3_ws && colcon build --symlink-install
export ROS_DOMAIN_ID=30 #TURTLEBOT3
export LDS_MODEL=LDS-02
export TURTLEBOT3_MODEL=waffle_pi
export OPENCR_PORT=/dev/ttyACM0
export OPENCR_MODEL=turtlebot3_manipulation
rm -rf ./opencr_update.tar.bz2
wget https://github.com/ROBOTIS-GIT/OpenCR-Binaries/raw/master/turtlebot3/ROS2/latest/opencr_update.tar.bz2
tar -xvf opencr_update.tar.bz2
cd ./opencr_update
./update.sh $OPENCR_PORT $OPENCR_MODEL.opencr

Configuration OpenCR

Pour le Turtlebot : https://emanual.robotis.com/docs/en/platform/turtlebot3/opencr_setup/#opencr-setup

Pour l'OpenManipulator-X : https://emanual.robotis.com/docs/en/platform/turtlebot3/manipulation/#opencr-setup

Dépendances manquantes :

sudo apt install ros-humble-hardware-interface
ros-humble-ros2-control ?
ros-humble-joint-state-publisher ?

Dépendances manquantes côté Raspberry : 

sudo apt install rros-humble-gripper-controllers ros-humble-xacro

Dépendances manquantes côté PC : 

sudo apt install ros-humble-moveit-servo

Issues :

https://forum.robotis.com/t/ros-2-foxy-openxmanuipaltor-bringup-issues/2142/9

https://github.com/ROBOTIS-GIT/open_manipulator/issues/212

https://github.com/ROBOTIS-GIT/open_manipulator/issues/209

https://www.classes.cs.uchicago.edu/archive/2022/fall/20600-1/turtlebot_assembly_setup.html#arm-first-time

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Auteur: Gauthier Hentz, sur le wiki de l'innovation de l'IUT de Haguenau

 Attribution-NonCommercial-PartageMemeConditions 4.0 International (CC BY-NC-SA 4.0) 

4 - ROS2 - Manipulation Cobot

4 - ROS2 - Manipulation Cobot

Universal Robot ROS2 Driver

Le Driver ROS2 pour les cobots Universal Robot a été développé en collaboration entre Universal Robots, le Forschungszentrum für Informatik (INRIA allemand) et PickNik Robotics. Plus précisément par nos voisins de Karlsruhe, en particulier Felix Exner (https://github.com/fmauch)). Le FZI est également à l'origine d'une proposition d'interface ROS standard pour les trajectoires Cartésiennes, qui est désormais implémentée dans les contrôleurs ROS Cartésiens d'Universal Robots. La proposition repose sur un état de l'art très intéressant des interfaces de programmation des marques de robot majeures.

Installation des paquets UR pour ROS2

sudo apt install ros-humble-ur
sudo apt install python3-rosdep
sudo rosdep init
rosdep update
sudo apt update
sudo apt dist-upgrade

Installation du simulateur hors-ligne URSim

https://github.com/UniversalRobots/Universal_Robots_ROS2_Driver#getting-started

https://github.com/UniversalRobots/Universal_Robots_ROS2_Driver#install-from-binary-packages

Le moyen le plus simple de découvrir et commencer à utiliser un robot UR avec ROS2 est d'utiliser la simulation de la console de programmation (teach panel) de son contrôleur. URSim est le simulateur hors-ligne de Universal Robots. Il permet de reproduire le comportement réel d'un robot quasiment à l'identique en se connectant à son adresse IP. Il est possible d'installer URSim 5 sur un Ubuntu <18 (non inclus!) ou dans une machine virtuelle (VirtualBox). Il faut se créer un compte pour télécharger le fichier URSim 5.13. Ubuntu 18 n'est plus supporté, et MoveIt2 tourne sur Ubuntu 22.

Sur Ubuntu 22

En attendant la sortie de URSim/Polyscope 6, la manière la plus simple d'installer URSim 5 sur Ubuntu 22 est via conteneur Docker créé par UR Lab (pas maintenu officiellement).

Installer Docker

Depuis les dépôts officiels Ubuntu :

sudo apt update
sudo apt install docker-compose

Ajouter votre utilisateur au groupe docker afin de manipuler les containers sans avoir à utiliser sudo systématiquement :

sudo usermod -aG docker $USER

Fermer et rouvrir la session. Tester la bonne installation :

sudo service docker start
docker run hello-world

Installer le conteneur URSim

On suit le tutoriel fourni dans la documentation du driver UR ROS. Il existe une image docker fournie sur hub.docker.com, c'est très simple :

docker pull universalrobots/ursim_e-series
ros2 run ur_robot_driver start_ursim.sh -m <ur_type>

Sur Windows 10/11

Pour les systèmes non-Linux, UR fournit une VM LUbuntu 14.04 qui peut tourner sous VirtualBox (gratuit) ou sur VMware (gratuit pour usage non commercial).

Installer VirtualBox

Télécharger et configurer la Machine Virtuelle

Ajouter l'URCap External Control

Configurer le réseau pour que les VMs communiquent

Démarrage et configuration URSim

image.png

Programmation hors-ligne avec URSim et MoveIt2/RViz

sudo apt install python3-rosdep
sudo rosdep init
rosdep update
sudo apt update
sudo apt dist-upgrade
sudo apt install python3-colcon-common-extensions
sudo apt install python3-colcon-mixin
colcon mixin add default https://raw.githubusercontent.com/colcon/colcon-mixin-repository/master/index.yaml
colcon mixin update default

NOTES IMPORTANTES

sudo apt update && rosdep install -r --from-paths . --ignore-src --rosdistro $ROS_DISTRO -y --os=ubuntu:jammy
colcon build --mixin release --parallel-workers 1

Déploiement du code source des Tutoriels de MoveIt

mkdir -p ~/ws_moveit2/src
cd ~/ws_moveit2/src
git clone https://github.com/ros-planning/moveit2_tutorials -b humble --depth 1

Optionnel : Installation d'un environnement de développement MoveIt2 avec les dernières améliorations et résolutions de bug

Installation de MoveIt2 Humble sur Ubuntu 22.04 :

sudo apt install python3-vcstool
cd ~/ws_moveit2/src
vcs import < moveit2_tutorials/moveit2_tutorials.repos

Note : si `vcs import` vous demande vos identifiants GitHub, tapez Entrer jusqu'à ce que ça continue. Pas besoin d'identifiant pour récupérer un dépôt GitHub public.

Installation des dépendances et compilation

sudo apt update && rosdep install -r --from-paths . --ignore-src --rosdistro $ROS_DISTRO -y
cd ~/ws_moveit2
colcon build --mixin release
cd ~/ws_moveit2
source ~/ws_moveit2/install/setup.bash
echo 'source ~/ws_moveit2/install/setup.bash' >> ~/.bashrc

Tester la communication entre ROS et URSim

https://docs.ros.org/en/ros2_packages/rolling/api/ur_robot_driver/usage.html#usage-with-official-ur-simulator

ros2 run ur_robot_driver start_ursim.sh -m ur5e
ros2 launch ur_robot_driver ur_control.launch.py ur_type:=ur5e robot_ip:=192.168.56.101

https://docs.ros.org/en/ros2_packages/rolling/api/ur_robot_driver/usage.html#example-commands-for-testing-the-driver

Envoyer des commandes au contrôleur

Avant d'envoyer des commandes, vérifier l'état des contrôleurs en utilisant ros2 control list_controllers

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Auteur: Gauthier Hentz, sur le wiki de l'innovation de l'IUT de Haguenau

 Attribution-NonCommercial-PartageMemeConditions 4.0 International (CC BY-NC-SA 4.0) 


4 - ROS2 - Manipulation Cobot

Commander un robot UR avec le driver ROS2

Installation d'Ubuntu avec des capacités temps-réel

Pour un usage basique, un Ubuntu (ou Linux Mint) classique permet de piloter le robot : 

Pour éviter des instabilités il est conseillé d'installer un noyau Linux avec des capacités temps-réel (PREEMPT_RT kernel). En particulier avec un robot de la Série-E, la fréquence de contrôle plus élevée peut entraîner des trajectoires non fluides sans noyau temps-réel.

mkdir -p ~/rt_kernel_build
cd ~/rt_kernel_build
tar xf linux-4.14.139.tar
cd linux-4.14.139
xzcat ../patch-4.14.139-rt66.patch.xz | patch -p1
make oldconfig

Récupérer les sources du noyau temps-réel

wget https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/projects/rt/5.15/patch-5.15.107-rt62.patch.xz
wget https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/projects/rt/5.15/patch-5.15.107-rt62.patch.sign
wget https://www.kernel.org/pub/linux/kernel/v5.x/linux-5.15.107.tar.xz
wget https://www.kernel.org/pub/linux/kernel/v5.x/linux-5.15.107.tar.sign
xz -dk patch-5.15.107-rt62.patch.xz
xz -d linux-5.15.107.tar.xz
gpg2 --locate-keys torvalds@kernel.org gregkh@kernel.org
gpg2 --keyserver hkp://keys.gnupg.net --search-keys salisbury
gpg2 --verify linux-5.15.107.tar.sign

gpg: Good signature from "Greg Kroah-Hartman <gregkh@kernel.org>" [unknown]
gpg: WARNING: This key is not certified with a trusted signature!
gpg:          There is no indication that the signature belongs to the owner.

gpg2 --verify patch-5.15.107-rt62.patch.sign

gpg: Good signature from "Tom Zanussi <tom.zanussi@linux.intel.com>" [unknown]
gpg:                 aka "Tom Zanussi <zanussi@kernel.org>" [unknown]
gpg:                 aka "Tom Zanussi <tzanussi@gmail.com>" [unknown]
gpg: WARNING: This key is not certified with a trusted signature!
gpg:          There is no indication that the signature belongs to the owner.

Compiler le noyau temps réel

tar xf linux-5.15.107.tar
cd linux-5.15.107
xzcat ../patch-5.15.107-rt62.patch.xz | patch -p1
make oldconfig

Preemption Model
  1. No Forced Preemption (Server) (PREEMPT_NONE)
> 2. Voluntary Kernel Preemption (Desktop) (PREEMPT_VOLUNTARY)
  3. Preemptible Kernel (Low-Latency Desktop) (PREEMPT)
  4. Fully Preemptible Kernel (RT) (PREEMPT_RT_FULL) (NEW)
choice[1-4]: 4

make -j `getconf _NPROCESSORS_ONLN` deb-pkg
sudo apt install ../linux-headers-5.15.107-rt62_*.deb ../linux-image-5.15.107-rt62_*.deb

Définir les permissions utilisateur pour exécuter des tâches temps-réel

sudo groupadd realtime
sudo usermod -aG realtime $(whoami)
@realtime soft rtprio 99
@realtime soft priority 99
@realtime soft memlock 102400
@realtime hard rtprio 99
@realtime hard priority 99
@realtime hard memlock 102400

Note: Pour que ces changements soient pris en compte il faut se déconnecter et se reconncter. On redémarrera plus tard.

https://github.com/HowardWhile/Ubunutu22.04-RT-Kernel

Configurer GRUB pour toujours booter le noyau temps-réel

awk -F\' '/menuentry |submenu / {print $1 $2}' /boot/grub/grub.cfg
menuentry Ubuntu
submenu Advanced options for Ubuntu

    menuentry Ubuntu, with Linux 5.15.107-rt62
    menuentry Ubuntu, with Linux 5.15.107-rt62 (recovery mode)
sudo sed -i 's/^GRUB_DEFAULT=.*/GRUB_DEFAULT="Advanced options for Ubuntu>Ubuntu, with Linux 5.15.107-rt62"/' /etc/default/grub
$ sudo update-grub

Vérification de la capacité de préemption temps-réel

uname -v | cut -d" " -f1-4

#1 SMP PREEMPT RT

Optionnel : Désactiver le CPU speed scaling

Les threads planifiés en temps-réel s'exécutent sans problème. Cependant, des composants externes tels que les systèmes de visual servoing, non planifiés pour le temps réel peuvent être interrompus par les fonctionnalités d'économie d'énergie des processeurs récents qui changent leur fréquence d'horloge de manière dynamique.

sudo apt install cpufrequtils
cpufreq-info

current CPU frequency is XXX MhZ

sudo systemctl disable ondemand
sudo systemctl enable cpufrequtils
sudo sh -c 'echo "GOVERNOR=performance" > /etc/default/cpufrequtils'
sudo systemctl daemon-reload && sudo systemctl restart cpufrequtils

Configuration du robot UR

https://docs.ros.org/en/ros2_packages/rolling/api/ur_robot_driver/installation/robot_setup.html

Récupération de la calibration usine

Les robots sont calibrés en usine. Pour que les calculs cinématiques effectués dans ROS soient exacts, il faut récupérer les données de calibration. Sinon la précision des trajectoires envoyées depuis ROS et exécutées sur le robot risquent d'être de l'ordre du centimètre (au lieu du dixième de millimètre en temps normal).

https://docs.ros.org/en/ros2_packages/rolling/api/ur_robot_driver/installation/robot_setup.html#extract-calibration-information

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Auteur: Gauthier Hentz, sur le wiki de l'innovation de l'IUT de Haguenau

 Attribution-NonCommercial-PartageMemeConditions 4.0 International (CC BY-NC-SA 4.0) 

4 - ROS2 - Manipulation Cobot

Programmer un robot avec MoveIt2 - Jumeau Numérique

Prérequis : être arrivé au bout du tutoriel sur le Driver UR ROS2

Comment fonctionne la manipulation avec MoveIt ?

MoveIt2 est la plateforme de manipulation robotique pour ROS2. Il implémente un nombre important des dernières innovations en termes de :

https://moveit.picknik.ai/humble/doc/concepts/concepts.html

Premiers pas avec MoveIt dans RViz

Pour débuter avec MoveIt, on peut utiliser ses fonctionnalités de planification de trajectoire via le plugin MoveIt Display du logiciel de visualisation 3D de ROS RViz. C'est un outils très puissant pour débuguer des applications robotiques ROS. On verra que RViz est alors un jumeau numérique du vrai robot.

Les tutoriels pour débuter et approfondir ses compétences avec MoveIt sont en Anglais et fonctionnent avec le robot Panda de Franka Emika.

Nous reprenons ici le tutoriel pour débuter avec MoveIt, et l'appliquons à un UR5e.

Avec un hardware simulé par ROS

ros2 launch ur_robot_driver ur_control.launch.py ur_type:=ur5e robot_ip:=yyy.yyy.yyy.yyy fake_hardware:=true launch_rviz:=false

Avec la simulation URSim

Voir https://innovation.iha.unistra.fr/books/robotique-open-source/page/universal-robot-ros2-driver#bkmrk-installation-du-simu 

Sous Ubuntu 22 - docker

ros2 run ur_robot_driver start_ursim.sh -m ur5e
ros2 launch ur_robot_driver ur_control.launch.py ur_type:=ur5e robot_ip:=192.168.56.101 launch_rviz:=false

Sous Windows - VirtualBox

Avec le vrai robot

ros2 launch ur_robot_driver ur_control.launch.py ur_type:=ur5e robot_ip:=192.168.0.10 launch_rviz:=false

Lancer MoveIt et RViz

ros2 launch ur_moveit_config ur_moveit.launch.py ur_type:=ur5e launch_rviz:=true

https://ur-documentation.readthedocs.io/en/latest/index.html ?

Déplacer le Robot avec le Plugin MoveIt dans RViz

Résultat

ros2_moveit2_ros2control_commande_externet_UR5e.mp4

Planification de trajectoire avec OMPL

Ajouter un obstacle

ros2_moveit2_OMPL_RRTconnect_evitement_collision_automatique

Tester différents algorithmes d'OMPL

ros2_moveit2_OMPL_RRTstar_evitement_collision_longueur_optimisee

Résultat

En optimisant la trajectoire avec RRTstar, on obtient un mouvement fluide, qui évite les collision avec l'environnement et de longueur minimisée. Voir la vidéo réalisée en salle robotique de l'IUT. 

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Auteur: Gauthier Hentz, sur le wiki de l'innovation de l'IUT de Haguenau

 Attribution-NonCommercial-PartageMemeConditions 4.0 International (CC BY-NC-SA 4.0) 

Roomba ROS2

Roomba ROS2

Connexion physique

http://www.robotappstore.com/Knowledge-Base/3-Serial-Port-Baud-Rate-Configuration/17.html

https://fr.aliexpress.com/item/1005004346786275.html

https://www.yoctopuce.com/FR/article/piloter-un-roomba-avec-un-module-yoctopuce

https://www.adafruit.com/product/2438

https://www.crc.id.au/hacking-the-roomba-600/ 

Roomba ROS2

ROS2

 

Roomba ROS2
https://hackaday.io/project/178565-roomba-rpi
https://github.com/process1183/roomba-rpi
https://github.com/process1183/roomba-ros2

https://hackaday.io/project/183524-controll-yer-roomba-600-series-with-esp8266 

CRASHbot, Ubuntu 18 for NVidia Jetson nano, ROS Melodic, AutonomyLab create-robot
https://www.hackster.io/andrewrgross/crashbot-part-1-planning-a-ros-roomba-helper-robot-d1c8cc

Roomblock Ubuntu 16 ROS Kinetic
https://www.instructables.com/Roomblock-a-Platform-for-Learning-ROS-Navigation-W/
https://github.com/tork-a/roomblock

ROS navigation Ubuntu 10
https://www.ctralie.com/Teaching/DukeDusty2/

Ressources

https://github.com/AutonomyLab/create_robot/tree/humble

https://github.com/process1183/roomba-ros2

https://github.com/process1183/roomba-rpi

Roomba ROS2

Application

https://www.hackster.io/search?i=projects&q=roomba 

https://www.hackster.io/andrewrgross/crashbot-part-1-planning-a-ros-roomba-helper-robot-d1c8cc 

https://www.hackster.io/ssbaker/making-roomba-smarter-800-series-40c5e2 

https://www.hackster.io/FANUEL_CONRAD/automatic-soap-dispenser-75abd6 

 

Bras Robot Arduino ROS2

Bras Robot Arduino ROS2

Projet d'origine

https://github.com/AntoBrandi/Robotics-and-ROS-2-Learn-by-Doing-Manipulators