Lecture14. Useful ROS 2 Examples (Control Part)

Gazebo ROS 2 Control

지난 fusionbot 예시에서, Differential Drive만 예외적으로 gazebo pluin을 제공한다고 하였습니다. 일반적으로 Gazebo내에서 움직이는 (=모터를 가진) 모델을 구현하기 위해서는 gazebo_ros2_control을 사용합니다.

다만, ROS 2 Control 전체 시스템을 이해하기 위해서는 상당한 배경 지식과 시간이 필요하므로, 이번 예시에서는 딱 하나, 위치 제어를 하는 가이드를 드리도록 하겠습니다.

일전 sensor_stick의 URDF에는 tilt_joint라는 joint가 있었습니다. 우리의 목표는 이 tilt_joint를 말 그대로 기울여질 수 있게 해보는 것입니다.

<joint name="tilt_joint" type="revolute">
  <origin xyz="0.05 0 ${length2/2+0.02}" rpy="0 0.5 0" />
  <parent link="link_2" />
  <child link="camera_link" />
  <limit lower="-1.5707" upper="1.5707" effort="10" velocity="100" />
  <axis xyz="0 1 0"/>
</joint>

예시 실행

# Terminal 1
$ ros2 launch basic_stick moving_stick.launch.py
> gazebo world 내에 table등 원하는 물체를 추가합니다.

# Terminal 2
ros2 topic pub --once /forward_position_controller/commands std_msgs/msg/Float64MultiArray "data:
- -0.1"

마지막 data value를 바꿔가면서 원하는 기울기로 조정해보세요!

gazebo_ros의 ForwardCommandController를 사용하여 제작한 예시이며, ros2 control에 대해 학습하지 않았으므로, 이를 위한 절차만 간단히 설명드리겠습니다.

URDF 내 움직일 수 있는 joint 추가
gazebo_ros2_control을 정의하는 xacro 추가
gazebo_ros2_control controller 매개변수를 정의하는 yaml file 추가

URDF 내 움직일 수 있는 joint 추가

<joint name="tilt_joint" type="revolute">
  <origin xyz="0.05 0 ${length2/2+0.02}" rpy="0 0.5 0" />
  <parent link="link_2" />
  <child link="camera_link" />
  <limit lower="-1.5707" upper="1.5707" effort="10" velocity="100" />
  <axis xyz="0 1 0"/>
</joint>

	Description
revolute	문고리와 같이 limit을 갖는 joint 입니다.
limit - lower/upper	revolute joint의 limit을 설정합니다.
effort	최대 토크를 정의합니다. (이론은 모르셔도 됩니다. 지금은 적당히 넉넉히 해두었습니다.)
velocity	최대 속도를 정의합니다.
axis	joint가 움직일 축 방향을 지정합니다.

gazebo_ros2_control을 정의하는 xacro 추가 - ros2_control.gazebo.xacro이라는 이름으로 추가하였으며, 최소한의 내용만 짚고 넘어가겠습니다.

<?xml version="1.0"?>
<!-- ref github - diffbot_system.ros2_control.xacro -->
<robot xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro">

  <ros2_control name="GazeboSystem" type="system">
    <!-- Gazebo -->
    <hardware>
      <plugin>gazebo_ros2_control/GazeboSystem</plugin>
    </hardware>

    <joint name="tilt_joint">
      <command_interface name="position">
        <param name="min">-1.5707</param>
        <param name="max">1.5707</param>
      </command_interface>
      <state_interface name="position">
        <param name="initial_value">0.0</param>
      </state_interface>
      <state_interface name="velocity"/>
    </joint>
  </ros2_control>

  <gazebo>
    <plugin name="gazebo_ros2_control" filename="libgazebo_ros2_control.so">
        <parameters>$(find basic_stick)/config/joint_controller.yaml</parameters>
    </plugin>
  </gazebo>

</robot>

	Description
joint name	control이 필요한 joint name을 지정합니다.
command_interface	position 제어를 위해 name=position, 이에 따른 최대, 최소 각도를 지정합니다.
state_interface	topic을 통해 피드백받을 데이터 종류를 선택합니다. 지금은 위치 피드백을 받을 예정이며, 초기값을 0도로 두었습니다.
plugin parameters	controller 실행을 위해 추가로 필요한 매개변수들을 yaml file로 전달합니다.

이번 예시에서는 control, state feedback, 총 2개의 plugin이 사용됩니다. 각 pluin들에 대해서 필수로 정의해줘야 하는 매개변수들이 있으며, forward_position_controller의 경우 joints를 필요로 합니다.

controller_manager:
  ros__parameters:
    update_rate: 100 # Hz

    joint_state_broadcaster:
      type: joint_state_broadcaster/JointStateBroadcaster

    forward_position_controller:
      type: forward_command_controller/ForwardCommandController

forward_position_controller:
  ros__parameters:
    joints:
      - tilt_joint
    interface_name: position

⇒ 여기까지 한번에 완성되었다면, 매우 순조로운 것입니다. 보통 robot_state_publisher의 실행을 통해 하나씩 검증하며 개발이 이루어집니다.

마지막으로, launch file을 살펴봅시다. ros2_control을 관리하는 controller_manager에게 필요한 plugin을 전달하면 spawner.py가 이들을 실행해주는 형태를 취하고 있습니다.

fp_controller = Node(
    package="controller_manager",
    executable="spawner.py",
    arguments=["forward_position_controller"],
    output="screen",
)

jsb_controller = Node(
    package="controller_manager",
    executable="spawner.py",
    arguments=["joint_state_broadcaster"],
    output="screen",
)

이번 예시와 지난 dataset_gen action 예시, 그리고 take picture service 예시와 my world 생성까지 모두 결합하면, 무궁무진한 여러분들만의 gazebo 센서 환경을 갖추실 수 있을 것입니다.