# ROS Review ## Why ROS2 :::warning Known issues of ROS - Multi-robots capability (Swarm) ::: ### ROS Namespace 1. Names that start with `"/"` are global -- they are considered fully resolved. 2. Names that start with a `"~"` are private. They ==convert the node's name into a namespace==. Example: | Node | Relative (default) | Global | Private | | ---- | ------------------ | ------ | ------- | | ==/node1== | bar -> /bar | /bar -> /bar | ~bar -> ==/node1/bar== | | /wg/node2 | bar -> /wg/bar | /bar -> /bar | ~bar -> /wg/node2/bar | | /wg/node3 | foo/bar -> /wg/foo/bar | /foo/bar -> /foo/bar | ~foo/bar -> /wg/node3/foo/bar | Create a subscriber using **Private Names** ```c++ ros::NodeHandle nh("~my_private_namespace"); ros::Subscriber sub = nh.subscribe("my_private_topic", ...); ``` 會使目前的 node 訂閱到 ==`<node_name>/my_private_namespace/my_private_topic`== 這個 topic 上，`<node name>` 前面可能也有 namespace。 <br> ### ROS Launch ROS Launch file 為 XML 語法的檔案，用於啟動多個 node，或是設置參數 (Parameter server)，也可以 include 其他 launch file，基本上就是將全部要執行的功能全部寫在 launch file 中。 Example of a ros launch file: [moveo_ros/moveo_moveit_config/launch/demo.launch](https://github.com/jesseweisberg/moveo_ros/blob/master/moveo_moveit_config/launch/demo.launch) ```xml <launch> ... <!-- Load the URDF, SRDF and other .yaml configuration files on the param server --> <include file="$(find moveo_moveit_config)/launch/planning_context.launch"> <arg name="load_robot_description" value="true"/> </include> <!-- If needed, broadcast static tf for robot root --> <node pkg="tf" type="static_transform_publisher" name="virtual_joint_broadcaster_0" args="0 0 0 0 0 0 odom base_link 100" /> <!-- We do not have a robot connected, so publish fake joint states --> <node name="joint_state_publisher" pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher"> <param name="/use_gui" value="$(arg use_gui)"/> <rosparam param="/source_list">[/move_group/fake_controller_joint_states]</rosparam> </node> <!-- Given the published joint states, publish tf for the robot links --> <node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" respawn="true" output="screen" /> <!-- Run the main MoveIt executable without trajectory execution (we do not have controllers configured by default) --> <include file="$(find moveo_moveit_config)/launch/move_group.launch"> <arg name="allow_trajectory_execution" value="true"/> <arg name="fake_execution" value="true"/> <arg name="info" value="true"/> <arg name="debug" value="$(arg debug)"/> </include> ... </launch> ``` node tag attributes: | attribute | Description | | --------- | ----------- | | pkg | Package of node. | | type | Node type. There must be a corresponding executable with the same name in the package. | name | Node name. NOTE: name cannot contain a namespace. | | ==ns== | Start the node in the 'foo' namespace. | 啟動一個 node ```xml <node pkg="rospy_tutorials" type="listener.py" name="listener1" ns="foo" /> ``` 使用環境變數修改 namespace ```xml <... ns=$(env ENVIRONMENT_VARIABLE) /> ``` <br> ## MoveIt 若在一個現有的 roscore 下，加入一個新的機器人 (可能與現有型號的不同)，原本舊有的程式碼需要修改哪些地方？ MoveIt 架構圖 ![](https://i.imgur.com/JH1VRsI.jpg) ### URDF and SRDF URDF (Unified Robot Description Format) 用來描述一個機器人的模型，包括 link 和 link 之間的距離及形狀，連接 link 之間 joint 的型態 (轉動式或滑動式) 和轉動的方向軸等。 這些資訊會給運動學 (kinematic) 和碰撞偵測等功能使用。 SRDF (Semantic Robot Description Format) 可以定義機器人的姿勢 (pose)、設定 link joint 的群組，排除某幾個 link 的碰撞偵測（用來減少運算量）等。 ![](https://i.imgur.com/HqS03ZD.png) <br> Load URDF and SRDF onto parameter server. `$(arg robot_description)` will simply evaluate to `robot_description` in this case. [moveo_ros/moveo_moveit_config/launch/planning_context.launch](https://github.com/jesseweisberg/moveo_ros/blob/master/moveo_moveit_config/launch/planning_context.launch) ```xml <arg name="robot_description" default="robot_description"/> <param name="$(arg robot_description)" textfile="$(find moveo_urdf)/urdf/moveo_urdf.urdf"/> <param name="$(arg robot_description)_semantic" textfile="$(find moveo_moveit_config)/config/moveo_urdf.srdf" /> ``` List all parameters in the system. ```bash $ rosparam list ... /robot_description /robot_description_kinematics/arm/kinematics_solver /robot_description_kinematics/arm/kinematics_solver_attempts /robot_description_kinematics/arm/kinematics_solver_search_resolution /robot_description_kinematics/arm/kinematics_solver_timeout /robot_description_planning/joint_limits/Gripper_Idol_Gear_Joint/has_acceleration_limits /robot_description_planning/joint_limits/Gripper_Idol_Gear_Joint/has_velocity_limits /robot_description_planning/joint_limits/Gripper_Idol_Gear_Joint/max_acceleration /robot_description_planning/joint_limits/Gripper_Idol_Gear_Joint/max_velocity /robot_description_planning/joint_limits/Gripper_Servo_Gear_Joint/has_acceleration_limits /robot_description_planning/joint_limits/Gripper_Servo_Gear_Joint/has_velocity_limits /robot_description_planning/joint_limits/Gripper_Servo_Gear_Joint/max_acceleration /robot_description_planning/joint_limits/Gripper_Servo_Gear_Joint/max_velocity /robot_description_planning/joint_limits/Joint_1/has_acceleration_limits /robot_description_planning/joint_limits/Joint_1/has_velocity_limits /robot_description_planning/joint_limits/Joint_1/max_acceleration /robot_description_planning/joint_limits/Joint_1/max_velocity ... /robot_description_semantic ... ``` 為了新增一個機器人，可能會將 `robot_description` 重新命名，這時就必須了解 moveIt 要怎麼設定讀進不同的 URDF。 <br> ### How moveIt read **`robot_desciption`** 以下簡略說明 moveIt 程式碼 (omit C++ namespaces) move_group.cpp ```c++=76 const std::string MoveGroup::ROBOT_DESCRIPTION = "robot_description"; // name of the robot description (a param name, so it can be changed externally) ``` Constructor of `MoveGroup` (adapted from move_group.h) ```c++=1146 MoveGroup(const Options& opt, const boost::shared_ptr<tf::Transformer>& tf = boost::shared_ptr<tf::Transformer>(), const ros::WallDuration& wait_for_servers = ros::WallDuration()); ``` move_group.h ```c++=84 class MoveGroup { public: static const std::string ROBOT_DESCRIPTION; struct Options { Options(const std::string& group_name, const std::string& desc = ROBOT_DESCRIPTION, const ros::NodeHandle& node_handle = ros::NodeHandle()) : group_name_(group_name), robot_description_(desc), node_handle_(node_handle) { } ... } ... } ``` 如果要更改預設要讀進的 `robot_description`，可以 instantiate 一個 `Option` 的物件，並將它傳入 `MoveGroup` 的 Constructor。 上面說明的都是 `robot_description` 怎麼被更改，底層真正讀進 parameter server 的 **URDF** 則是使用 `RobotModelLoader` common_objects.cpp ```c++=89 robot_model::RobotModelConstPtr getSharedRobotModel(const std::string& robot_description) { SharedStorage& s = getSharedStorage(); boost::mutex::scoped_lock slock(s.lock_); if (s.model_loaders_.find(robot_description) != s.model_loaders_.end()) return s.model_loaders_[robot_description]->getModel(); else { robot_model_loader::RobotModelLoader::Options opt(robot_description); opt.load_kinematics_solvers_ = true; robot_model_loader::RobotModelLoaderPtr loader(new robot_model_loader::RobotModelLoader(opt)); s.model_loaders_[robot_description] = loader; return loader->getModel(); } } ``` <br> ### tf Library tf stands for transfrom. 用來處理機器人中的座標轉換，為 ROS 中最基本的函式庫，從機械手臂的座標轉換到機器人的定位，皆會使用到 tf。 以下為簡單說明 ![](https://i.imgur.com/75McpkK.png) 圖上有兩個座標系 $\{A\}$ 和 $\{B\}$，其中 $\{B\}$ 相對於 $\{A\}$ 的旋轉矩陣為 $^A{R}_B$，兩個座標系之間的平移向量為 $^A{P}_B$ （$A$ 的原點指向 $B$ 的原點），目標是將 $^BP$ 相對於 $B$ 座標系的向量轉換到 $^AP$（圖中虛線）。 > $R$ 為 3x3 矩陣 首先必須先讓兩個座標系有相同的方向 (orientation)，再進行平移，因此可寫成： $$ ^AP = \ ^A{R}_B{^BP} + \ ^A{P}_B \\ ^AP = \ ^A{T}_B{^BP} $$ 此轉換稱為 homogenous transformation，$T$ 一般會寫成 4x4 的矩陣。 <center> ![](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/4b3f8dfb50a5d0500891ce899036d73cfd362042) </center> <br> 修改傳入 `MoveGroup` constructor 的參數，使 `MoveGroup` 能訂閱到個別機器人的 tf topic。 ```c++ const boost::shared_ptr<tf::Transformer> tf; tf.setTransform(...); ... move_group(PLANNING_GROUP, tf); ``` ![](https://i.imgur.com/JH1VRsI.jpg) ![](https://i.imgur.com/sNOuSzi.png) ## 結論 新增一個機器人到現有的 roscore 中，可能要修改的地方包括： 1. (如果與現有的機器人不同) 須修改 `robot_desciption`，包含在 parameter server 裡的還有使用到 moveIt 的程式碼。 2. 修改 `robot_state_publisher` 所使用的 `tf_prefix`，讓新舊機器人可以區隔個別的 `tf` topic。並且使用的 `tf_prefix` 也必須傳入 `MoveGroup`。 3. 所有 node 都必須加入 namespace，如 `robot_state_publisher`、`joint_state_publisher` 等。 到此只修改到最陽春的版本，還沒有使用到運動學、3d perception、point cloud 等。 <br> --- References: - ROSWiki - [MoveIt](https://moveit.ros.org) - [機器人各個坐標系的管理 ](https://charlyhuangrostutorial.wordpress.com/2017/04/01/%e6%88%91%e7%9f%a5%e9%81%93%e6%88%91%e7%9a%84%e6%89%8b%e8%87%82%e5%9c%a8%e5%93%aa%e8%a3%a1%e5%97%8e%ef%bc%9f%e9%82%a3%e6%88%91%e7%9a%84%e7%9c%bc%e7%9d%9b%e5%91%a2%ef%bc%9f/) - [tf: The Transform Library](http://wiki.ros.org/Papers/TePRA2013_Foote?action=AttachFile&do=get&target=TePRA2013_Foote.pdf) - [Introduction to Robotics](http://www.mech.sharif.ir/c/document_library/get_file?uuid=5a4bb247-1430-4e46-942c-d692dead831f&groupId=14040) :::warning - ROS NODE 是否都會有 IP 位置 - urdf tags :::