02. Linux, ROS alapismeretek

Elmélet

ROS 1 → ROS 2

ROS 2 was rewritten from scratch
More modular architecture
Improved support for real-time systems
Support for multiple communication protocols
Better interoperability with other robotic systems
Focus on standardization and industry collaboration
No ROS Master
No Devel space
rclpy, rclcpp
More structured code (Node class)
Different build system
Platforms: Windows, OS X, Linux

ROS principles

ROS node

Executable part of ROS:
- python scripts
- compiled C++ code
A process that performs computation
Inter-node communication:
- ROS topics (streams)
- ROS parameter server
- Remote Procedure Calls (RPC)
- ROS services
- ROS actions
Meant to operate at a fine-grained scale
Typically, a robot control system consists of many nodes, like:
- Trajectory planning
- Localization
- Read sensory data
- Process sensory data
- Motor control
- User interface
- etc.

ROS workspace

Colcon workspace

A folder where packages are modified, built, and installed.

Source space:
- Source code of colcon packages
- Space where you can extract/checkout/clone source code for the packages you want to build
Build space
- Colcon is invoked here to build packages
- Colcon and CMake keep intermediate files here
Install space:
- Each package will be installed here; by default each package will be installed into a separate subdirectory
Log space:
- Contains various logging information about each colcon invocation

ROS package principle

Enough functionality to be useful, but not too much that the package is heavyweight and difficult to use from other software.

ROS dependencies

After cloning a new package, use the following command to install depenencies:

rosdep install --from-paths src --ignore-src -r -y

ROS package

Main unit to organize software in ROS
Buildable and redistributable unit of ROS code
Consists of (in the case of Python packages):
- package.xml file containing meta information about the package
  - name
  - version
  - description
  - dependencies
  - etc.
- setup.py containing instructions for how to install the package
- setup.cfg is required when a package has executables, so ros2 run can find them
- /<package_name> - a directory with the same name as your package, used by ROS 2 tools to find your package, contains __init__.py
- Anything else
ros2 run turtlesim turtlesim_node

CMake

For CMake packages (C++), the package contents will be different.

ROS build system---Colcon

System for building software packages in ROS

Linux principles

(Was) the only OS supported by ROS
Security
Efficieny
Open-source
Community support
User freedom
Distributions: Ubuntu, Linux Mint, Debian, etc.
Terminal usage more dominant

Suggestion

Install Terminator terminal emulator:

sudo apt update
sudo apt install terminator

Linux commands

See some basic commands below:

Run as administrator with sudo
Manual of command man, e.g. man cp
Package management apt, e.g. apt update, apt install
Navigation cd
List directory contents ls
Create file touch
Copy file cp
Move file mv
Remove file rm
Make directory mkdir
Remove directory rmdir
Make a file executable chmod +x <filename>
Safe restart: Crtl + Alt + PrtScr + REISUB
If not sure, just google the command

Environmental setup file

setup.bash
generated during init process of a new workspace
extends shell environment
ROS can find any resources that have been installed or built to that location

source ~/ros2_ws/install/setup.bash

Gyakorlat

1: Linux gyakorlás

Hozzunk létre egy új mappát a home könyvtárban a mkdir parancs segítségével.
```
mkdir ~/test_folder
```
Navigáljunk a létrehozott mappába a cd parancs használatával.
```
cd ~/test_folder
```
Hozzunk létre egy új Python fájlt a touch parancs segítségével, nevezzük el "hello.py"-nek.
```
touch hello.py
```
Nyissuk meg a "hello.py" fájlt a Gedit szövegszerkesztővel, használjuk a gedit parancsot.
```
gedit hello.py
```
Írjunk egy egyszerű Python programot a "hello.py" fájlba, például:
```
#!/usr/bin/python3
print("Hello, World!")
```
Mentés után készítsünk másolatot a "hello.py" fájlból egy másik néven (pl.: "hello_copy.py") a cp parancs segítségével.
```
cp hello.py hello_copy.py
```
Ellenőrizzük, hogy a másolat elkészült-e az ls parancs használatával.
```
ls
```
Futtassuk a "hello.py" fájlt a python3 előtaggal.
```
python3 hello.py
```
Készítsünk egy shell szkriptfájlt, majd nyissuk is meg a Gedit segítségével. Nevezzük el "myscript.sh"-nek.
```
gedit myscript.sh
```

Írjunk egy egyszerű shell szkriptet a myscript.sh fájlba, például:

#!/bin/bash
echo "I make another copy of hello.py!"
cp hello.py another_hello_copy.py

Adjunk futtatási jogosultságot a myscript.sh fájlnak a chmod parancs segítségével.
```
chmod +x myscript.sh
```
Futtassuk a myscript.sh fájlt a ./ előtaggal.
```
./myscript.sh
```
Ellenőrizzük, hogy az újabb másolat elkészült-e az ls parancs használatával.
```
ls
```

2: Turtlesim

Indítsuk el a turtlesim_node-ot és a turtle_teleop_key node-ot az alábbi parancsokkal, külö-külön terminál ablakokban:
```
ros2 run turtlesim turtlesim_node
```
```
ros2 run turtlesim turtle_teleop_key
```
Tip

Terminator-ban Ctrl-Shift-O, Ctrl-Shift-E billentyű kombinációkkal oszthatjuk tovább az adott ablakot. Ctrl-Shift-W bezárja az aktív ablakot.

Futtatás megszakítása

Ctrl-C

Az alábbi ROS parancsok futtatása hasznos információkkal szolgálhat:

ros2 wtf
ros2 node list
ros2 node info /turtlesim
ros2 topic list
ros2 topic info /turtle1/cmd_vel
ros2 interface show geometry_msgs/msg/Twist
ros2 topic echo /turtle1/cmd_vel

Az alábbi paranccsal indítsuk el az rqt_gui-t:
```
ros2 run rqt_gui rqt_gui
```
Jelenítsük meg a futó node-okat és topic-okat rqt_gui-ban: Plugins → Introspection → Node Graph.
Publikáljunk a /turtle1/cmd_vel topic-ba szintén az rqt_gui felhasználásával: Plugins → Topics → Message Publisher.

3: ROS 2 workspace létrehozása

Hozzunk létre új ROS2 workspace-t ros2_ws névvel.
```
mkdir -p ~/ros2_ws/src
```

4: ROS 2 package létrehozása

Hozzunk létre új ROS2 package-et ros2_course névvel és egy Hello World-del.
```
cd ~/ros2_ws/src
ros2 pkg create --build-type ament_python --node-name hello ros2_course
```
Szintaxis

ros2 pkg create --build-type ament_python <package_name>
Build-eljük a workspace-t.
```
cd ~/ros2_ws
colcon build --symlink-install
```
Symlink

A --symlink-install opció az Install space-be belinkeli a forrás script-eket, így módosítás után nem kell újra build-elnünk.
A ~/.bashrc fájl végére illesszük be az alábbi sorokat:
```
source ~/ros2_ws/install/setup.bash
export ROS_DOMAIN_ID=12
```
Importálás QtCreator-ba

New file or project → Other project → ROS Workspace. Válasszuk ki a Colcon-t, mint Build System, és a ros2_ws-t, mint Worksapce path.
Importálás CLion-ba

Állítsuk be a Python interpretert Python 3.10-re, /usr/bin/python3.10. Adjuk hozzá akövetkező elérési utat: /opt/ros/humble/lib/python3.10/site-packages. Hozzuk létre a compile_commands.json fájlt a ~/ros2_ws/build könyvtárban az alábbi tartalommal:
```
[
]
```
Teszteljük a Hello World működését:
```
ros2 run ros2_course hello 
```

5: Publisher implementálása Python-ban

Navigáljunk a ros2_ws/src/ros2_course/ros2_course mappába és hozzuk létre a talker.py fájlt az alábbi tartalommal.

import rclpy
from rclpy.node import Node

from std_msgs.msg import String


class MinimalPublisher(Node):

    def __init__(self):
        super().__init__('minimal_publisher')
        self.publisher_ = self.create_publisher(String, 'chatter', 10)
        timer_period = 0.5  # seconds
        self.timer = self.create_timer(timer_period, self.timer_callback)
        self.i = 0

    def timer_callback(self):
        msg = String()
        msg.data = 'Hello World: %d' % self.i
        self.publisher_.publish(msg)
        self.get_logger().info('Publishing: "%s"' % msg.data)
        self.i += 1


def main(args=None):
    rclpy.init(args=args)
    minimal_publisher = MinimalPublisher()
    rclpy.spin(minimal_publisher)

    # Destroy the node explicitly
    # (optional - otherwise it will be done automatically
    # when the garbage collector destroys the node object)
    minimal_publisher.destroy_node()
    rclpy.shutdown()


if __name__ == '__main__':
    main()

A setup.py fájlban adjunk meg egy új entry point-on:
```
'talker = ros2_course.talker:main',
```

Build-eljük és futtassuk a node-ot:

cd ~/ros2_ws
colcon build --symlink-install
ros2 run ros2_course talker

Ellenőrizzük le a node kimenetét a ros2 topic echo parancs vagy az rqt_gui használatával.

6: Subscriber implementálása Python-ban

Navigáljunk a ros2_ws/src/ros2_course/ros2_course mappába és hozzuk létre a listener.py fájlt az alábbi tartalommal.

import rclpy
from rclpy.node import Node
from std_msgs.msg import String


class MinimalSubscriber(Node):

    def __init__(self):
        super().__init__('minimal_subscriber')
        self.subscription = self.create_subscription(
            String,
            'chatter',
            self.listener_callback,
            10)
        self.subscription  # prevent unused variable warning

    def listener_callback(self, msg):
        self.get_logger().info('I heard msg: "%s"' % msg.data)


def main(args=None):
    rclpy.init(args=args)
    minimal_subscriber = MinimalSubscriber()
    rclpy.spin(minimal_subscriber)

    # Destroy the node explicitly
    # (optional - otherwise it will be done automatically
    # when the garbage collector destroys the node object)
    minimal_subscriber.destroy_node()
    rclpy.shutdown()

if __name__ == '__main__':
    main()

A setup.py fájlban adjunk meg egy új entry point-on:
```
'listener = ros2_course.listener:main',
```

Build-eljük és futtassuk mind a 2 node-ot:

cd ~/ros2_ws
colcon build --symlink-install
ros2 run ros2_course talker

ros2 run ros2_course listener

Az rqt_gui használatával jeleníttessük meg a futó rendszer node-jait és topic-jait:
```
ros2 run rqt_gui rqt_gui
```