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 : 

• ROS2 Humble
  • version LTS
  • Robotis ne maintient les paquets du Turtlebot3 que pour ROS2 Humble (et non Jazzy)
• version Desktop sur un PC Ubuntu 22
• version Server sur une Raspberry Pi 4 (et non Pi 5 qui nécessite de compiler Humble depuis les sources)
• Connexion du PC et de la Raspberry via un hotspot wifi émis par un routeur sur lequel on a les droits administrateur
• Routeur wifi avec DHCP et possibilité de fixer les IP du PC et de la Raspberry. Accès internet via ethernet ou 4G/5G
• Développement sur le PC dans Visual Studio Code, configuré pour gérer les fichiers sur la Raspberry (via ssh a priori)

Pour simplifier l'expérience utilisateur :

• Si nécessaire, pour débogage du réseau par exemple, installation d'un environnement de bureau sur la Raspberry en suivant les instructions ci-dessous
  • Il est dès lors possible de se connecter à la Raspberry via VNC pour développer directement dessus
• Si nécessaire, configuration du PC pour qu'une connexion Ethernet avec le robot permette le partage de sa connexion internet.

Installation Ubuntu Server

Configuration clavier en Français

• sudo dpkg-reconfigure keyboard-configuration
• Choisir toutes les options françaises par défaut

Version rapide

• Télécharger l'image compressée de la carte SD préinstallée
  https://seafile.unistra.fr/smart-link/dcc9e405-88a0-41d2-ab5c-3e796a6cebf3/
• Insérer la carte SD et démonter les partitions existantes

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

• Flasher la carte SD avec l'utilitaire dd

sudo gunzip -c ~/turtlebot3-manipulator-humble.img.gz | sudo dd of=/dev/sdb status=progress

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

  • Éjecter et réinsérer la carte SD pour qu'elle se monte
  • Modifier la CONFIGURATION_RESEAU (les éléments en majuscule) dans le fichier suivant : 
    sudo nano /media/user/writable/etc/netplan/99-hotspot-fablab.yaml

            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

• Connecter la carte SD sur un PC
• naviguer au point de montage, par exemple : 
  cd /media/user/writable
• ouvrir le fichier
  sudo nano /etc/passwd
• modifier la ligne qui concerne votre user du système Ubuntu du turtlebot, par exemple ici ubuntu
  Avant : ubuntu:x:1000:1000:Ubuntu:/home/ubuntu:/bin/bash
  Après (on supprime le x) : ubuntu::1000:1000:Ubuntu:/home/ubuntu:/bin/bash
• Redémarrer le système dans le TurtleBot
• Se connecter avec le login ubuntu
• Aucun MDP n'est demandé
• Lancer le programme de changement de MDP
  sudo passwd
• Rentrer le nouveau MDP 2 fois

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 : 

• sudo apt install ubuntu-mate-desktop
• sudo reboot

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

• Insérer la carte SD dans le navigateur
• Installer rpi-manager sudo apt install rpi-imager
• Sélectionner CHOOSE OS 
  
  • autre système Linux (Other general-purpose OS)
  • Ubuntu Server 22.04 LTS (64bits)
• Sélectionner CHOOSE STORAGE la carte micro SD
• Cliquer sur WRITE

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)  :

• Éjecter et réinsérer la carte SD pour qu'elle se monte
• Créer le fichier suivant : sudo nano /media/user/writable/etc/netplan/99-hotspot-fablab.yaml

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

• Désactiver la configuration du réseau par cloud-init en créant le fichier suivant :
  sudo nano /media/user/writable/etc/cloud/cloud.cfg.d/99-disable-network-config.cfg

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 :

• Utiliser l'adresse IP précédemment configurée ssh ubuntu@192.168.100.40
• mdp : ubuntu
• changer le mdp par un suffisamment sécurisé
• se connecter en ssh avec le nouveau mdp
• pour lancer des commandes en root utiliser sudo avec le même mdp
• Ne pas attendre la connexion réseau pour démarrer :
  systemctl mask systemd-networkd-wait-online.service
• Désactiver la veille et l'hibernation :
  sudo systemctl mask sleep.target suspend.target hibernate.target hybrid-sleep.target

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