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title: Native Rust components for ROS 2 in ROSCon 2022
tags: [ presentation, Rust, ROS 2, ROSCon]
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}
</style>

# Native Rust components for ROS2<br/>参加報告

### in ROSCon 2022 ふりかえり会

<br/>

2022.11.21

岡本拓海

twitter: [@MrBearing2](https://twitter.com/MrBearing2)

資料URL https://hackmd.io/@MrBearing/SJPAMZG8s

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# TL;DR

- この資料はNative Rust components for ROS2の参加報告です
- 基本的に発表資料の和訳
- 多少のコメント

#### 発表内容
- Rustでロボットプログラム書くの良いよ！
- RustDDS + ros2-client でデモを作ったよ
- FlexbotFrameworkというのを作ったよ

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# 元の発表資料リンク等

<br/>

- :video_camera: [動画](https://vimeo.com/showcase/9954564/video/767140150)

- [発表スライド pdf](http://download.ros.org/downloads/roscon/2022/Native%20Rust%20components%20for%20ROS2.pdf) -- pdfへの直接リンクなので注意

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# 発表者について

Juhana Helovuo さん

- github:[jhelovuo](https://github.com/jhelovuo)
- [Atostek](https://atostek.com/)のProduct Development /Chief Research Officer
- フィンランドの会社
- RustDDSとros2-clientの開発元
- 遠隔医療や医療機器の管理システム等

<!-- -->

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# Rustはなぜロボット向きの言語なのか

- システムプログラミングに使える

- C++のように低オーバッドでベアメタルなコードが書け、かつ高級言語(HaskelとかF#)の安全性が保障されてる
- メモリ安全
- データ競合安全*
- C++のプログラマにとっては学習が容易
- 代数的型システム

- C/C++の悪い所(historical baggage)が無い
- 未定義動作や処理系定義の動作
- 学習時の大量の落とし穴

<br/>
<div style="font-size: 70%; color: black;">
* : スライドの下の方に"マジでコンパイラがデータ競合見つけてくれるぜ!!(でも、デッドロックはまだプログラマの責任だよ)"って小さく記述が。。
</div>

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# Rustの特徴

- 所有権ベースのメモリーハンドリング

- unsafe修飾子
- 危ない箇所をコード中で明示的に示せる　e.g 生ポインタを扱う箇所等
- FFIを使ったり、低レベルのデータ構造を扱う場合などに必要になる
- unsafeの適用箇所は非常に小さい範囲に留められる。
- LLVM上でコンパイラがビルドする
- x86(-64),ARM,等のCPUアーキテクチャでもビルドできる

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# RustでのROS2クライアント一覧

| Name | Auther | Link | Notes |
| -------- | -------- | -------- |-------- |
| ros2-rust | 多数 | [ros2-rust](https://github.com/ros2-rust/ros2_rust) | 公式のrclのRustバインディング |
| ros2-client / RustDDS | Atostek Oy / Juhana Helovuo and others |[RustDDS](https://github.com/jhelovuo/RustDDS) [ros2-client](https://github.com/jhelovuo/ros2-client) | 　:arrow_left: **今回はコレの紹介**<br/> ネイティブRustのros2クライアントとDDSの実装 |
| r2r | Martin Dahl and others | [r2r](https://github.com/sequenceplanner/r2r) | Rustのasyncブロック使えるようにしてました |
| rclrust | Yuma Hiramatsu | [rclrust](https://github.com/rclrust/rclrust) | Rustのマクロ(!)でIDLとRustの型変換をやってる |
| rus2 | Marshal SHI | [rus2](https://github.com/marshalshi/rus2) | 2020年の9月から開発止まってる |
| rosrust | Adnan Ademovic and others | [rosrust](https://github.com/adnanademovic/rosrust) | ROS1用 (昔使ったけど結構ちゃんと動いた) ~~2020年の8月から止まってる~~ 今年の8月に更新あった |

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# Rust DDSとros2-clientの位置づけ
<!--  -->
<div align="center">
<img src="https://i.imgur.com/vroYzy3.png" height="700">
</div>

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# Rust DDSについて

- DDS APIとRTPSをネイティブRustでスクラッチ実装
- Apach 2.0ライセンスで公開中
- 特徴
- ピアを自動で発見
- ノンブロッキングI/O
- 受信時はゼロコピー
- 送信時はシングルコピー
- Rustオブジェクトを直接シリアライズ/デシリアライズ可能
- 信頼性が高く、QoSはベストエフォート型
- [History QoS](https://www.omgwiki.org/ddsf/doku.php?id=ddsf:public:guidebook:06_append:glossary:h:history_qos) QoSポリシーの一つ
- 大きなオブジェトの断片化が可能(?)

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# Rust DDSのデモ

eProsimaが出している[Shapes demo](https://www.eprosima.com/index.php/products-all/eprosima-shapes-demo)にRustDDSを使ってメッセージを送るデモ


[Qiitaで動作確認の記事](https://qiita.com/MrBearing/items/deb8077f79f6054edb2a)を書いたのでそちらをご参照ください。

<div style="font-size: 60%; color: black;">
スクリーンキャストで動画取ろうと頑張ったんですが、上手くいきませんでした。。。
</div>

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# ros2-client

- やってる事は少ない 名前から名前の変換をして機能を隠しているだけ(？)
- Rustで書かれたrclcpp , rclpy と同じようなレイヤーのソフトウェア
- RustDDSの上で動作する
- イベントループをまだ実装してないので、ノードは.poll()メソッドを使ってイベントループを自分で実装する必要がある

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# ros2-clientを使ったコード例

[ros2-clientの/examples/listener/main.rs](https://github.com/jhelovuo/ros2-client/blob/58a732ea3b14d1e99de074e70a5acb55298deb70/examples/listener/main.rs#L42)

  loop {
    // pollしたいリソースを渡す 第2引数はタイムアウト指定 metal I/O
    poll.poll(&mut events, None).unwrap();　//戻り値はResult
    
    for event in events.iter() {
      match event.token() {
        Token(1) => match chatter_subscription.take() {
          Ok(Some((message, _messafe_info))) => {
            let l = message.len();
            println!("message len={} : {:?}", l, &message[..min(l,50)]);                             |
          }
          Ok(None) => println!("No message?!"),
          Err(e) => {
            println!(">>> error with response handling, e: {:?}", e)
          }
        },
        _ => println!(">>> Unknown poll token {:?}", event.token()),
      } // match
    } // for
  } // loop

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# FlexbotFrameworkについて1

- 2019年頃から開発しているロボットプログラミングのフレームワーク
- まだオープンソースではない
- "単一のソフトウェアそのものもノードと通信チャネルで構築したい”
- 2020-2021年でROS2対応完了 ROS2の拡張機能としてみなせるレベル(自称)
- Rustプログラミングをサポート
- ソフトウェア全体が機械可読なデーターフロ仕様で記述される(Haskellらしい)
- ボイラープレートコードは仕様書からの自動生成
- 蜜結合なノードがノード間の通信簡略化する(?) Closely coupled nodes can simplify inter-node communication
- 数十～数百という細かい粒度でのデータフロープログラミングが可能
- 個々のノードは単純な構造にして再利用性を向上できる

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# FlexbotFrameworkについて2


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# FlexbotFrameworkの実績について

- Pulu Roboticsのロボットのコントロール(動画 17:48~)
- 床面に設置したQRコードでのナビゲーション達成
- 三菱ロジスネクストのフォークリフトをROS2で操作(動画 19：00~)
- フォークリフトのPLCとCAN経由で通信してフォークリフトを操作

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# 会場であった質問

Q1 cargoからインストール可能？
A1 できます。crates.ioからインストール可能です。
<br/>
Q2 カスタムROSメッセージとのインタフェースはどうなってますか？
A2 今の所は手動でRustのコードを書く必要があります。
部分的には対応するコードを自動的に吐くことができますが、万全ではありません。

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# お願い

- RustのBoF参加した方いましたら、BoFでのディスカッション内容とか補足してもらえると
- 私は参加できなかった。。。

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# お願い2

仕事探してます。
ROS/2が書きたいです！！！

[](https://twitter.com/MrBearing2)

仕事やらしてもいいよって方は、@MrBearing2までDMください

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# 付録

- [RustDDSのデモのビルド&実行方法](https://qiita.com/MrBearing/items/deb8077f79f6054edb2a) --Qiita記事書きました

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# 参考資料

- https://github.com/jhelovuo/RustDDS
- https://github.com/jhelovuo/ros2-client
- - Shape demoの動かし方
- https://eprosima-shapes-demo.readthedocs.io/en/latest/

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<br/><br/><br/><br/><br/>

#### ご清聴ありがとうございました