Robotics and ROS 2 - Learn by Doing! Manipulators: ライフサイクルノード (セクション9-2/10)

• ArduinoとROS 2を使用してシリアル接続とサーボモーター制御を設定し、テストする方法を学びます。

• ライフサイクルノードの概念とその実装方法を理解し、ノードの状態管理と遷移を効率的に行います。

• ROS 2コントロールインターフェースを使用してハードウェアとの統合を行い、実際のロボットとシミュレーションロボットをシームレスに操作します。

Robotics and ROS 2 - Learn by Doing! Manipulators

このブログ記事では、「ロボティクスとROS 2 - 手を動かしながら学ぶ！マニピュレータ」コースのセクション9、レッスン97から103の第2部について説明します。このコースのこの部分は、Arduinoとの統合、サーボモーターの制御、およびより効率的なロボット制御のためのライフサイクルノードの活用に焦点を当てています。

レッスン97：Arduinoでサブスクライバーノードをテストする

このレッスンは、シリアル接続を介してPCとArduino間の通信を設定および検証することに焦点を当てています。

主要なステップ：

1. WindowsでのUSBデバイス管理：

   • `usbipd`コマンドを使用してUSBデバイスをリストおよびWSL（Windows Subsystem for Linux）にアタッチします。

   • 例：

     usbipd list
     usbipd attach --wsl --busid 2-8

1. Arduino IDEの実行：

   • ターミナルからArduino IDEを開き、シンプルなシリアルトランスミッタプログラムをロードします。

2. ROS 2サブスクライバーノード：

   • ArduinoからのシリアルデータをリッスンするROS 2ノードを実行します。

   • コマンド：

     ros2 run arduinobot_firmware simple_serial_receiver --ros-args -p port:=/dev/ttyUSB0
     ros2 topic echo /serial_receiver

レッスン98：Arduinoでサーボモーターを制御する

このレッスンでは、ROS 2とArduinoを使用してサーボモーターを制御する方法を紹介します。

主要なステップ：

1. サーボ制御のためのArduinoスケッチ：

   • シンプルなサーボ制御スケッチをArduinoに書き込み、アップロードします。

   • コードスニペット：

     #include <Servo.h>

     Servo motor;

     void setup() {
       motor.attach(11); 
       motor.write(90);
       Serial.begin(115200);
       Serial.setTimeout(1);
     }

     void loop() {
       if (Serial.available()) {
         int angle = Serial.readString().toInt();
         motor.write(angle);
       }
       delay(0.1);
     }

1. サーボモーターの接続：

   • 適切な配線を使用してサーボモーターをArduinoに接続します。

   • ROS 2を介してコマンドを発行してサーボモーターの動作を確認します。

2. トランスミッタノードの実行：

   • ROS 2を使用してサーボモーターに角度コマンドを送信します。

   • 例：

     ros2 run arduinobot_firmware simple_serial_transmitter --ros-args -p port:=/dev/ttyUSB0
     ros2 topic pub /serial_transmitter std_msgs/msg/String "data: '180'"

レッスン99：ROS 2ライフサイクルノードの理解

このレッスンでは、ROS 2のライフサイクルノードの概念を紹介します。これにより、従来のノードに比べて効率的な管理と制御が可能になります。

主要な概念：

• ライフサイクルノードと従来のノードの違い：

  • 従来のノードは、ハードウェア通信の管理やステータスの更新に制限があります。

  • ライフサイクルノードは、状態管理を導入することでこれらの制限を克服します。

• 状態と遷移：

  • Unconfigured（未構成）： 初期状態でデータや機能は初期化されていません。

  • Inactive（非アクティブ）： 構成済みですが、主要な機能は実行されていません。

  • Active（アクティブ）： メインの操作状態で、コールバックやサービスを処理します。

  • Finalized（終了）： ノードが破棄される準備ができている状態です。

レッスン100：ライフサイクルノードの作成

この実践的なレッスンでは、C++でシンプルなライフサイクルノードを作成し、状態に基づいてトピックのメッセージを処理します。

主要なステップ：

1. ノードの作成：

   • `rclcpp_lifecycle::LifecycleNode`を継承するクラスを作成します。

   • 状態遷移（`on_configure`、`on_activate`、`on_deactivate`など）を定義します。

2. サブスクライバの設定：

   • `on_configure`メソッド内でトピックへのサブスクリプションを実装します。

   • ノードがアクティブ状態のときにのみメッセージを処理するようにします。

3. ライフサイクル管理：

   • ROS 2 CLIコマンドを使用してノードの状態と遷移を管理します。

   • 例：

     ros2 lifecycle set /simple_lifecycle_node configure
     ros2 lifecycle set /simple_lifecycle_node activate

レッスン101：ROS 2ライフサイクルCLIの使用

このレッスンでは、ROS 2のコマンドラインインターフェース（CLI）を使用してライフサイクルノードと対話し、管理する方法について説明します。

主要なコマンド：

• ノードと状態のリスト表示：

  ros2 lifecycle nodes
  ros2 lifecycle get /simple_lifecycle_node

• 状態の遷移：

  ros2 lifecycle set /simple_lifecycle_node configure
  ros2 lifecycle set /simple_lifecycle_node activate

レッスン102-103：ROS 2コントロールインターフェース

このセグメントの最後のレッスンは、ROS 2コントロールインターフェースに焦点を当てており、実際のハードウェアをROS 2と統合するための重要な部分です。

主要な概念：

• ハードウェアインターフェースの開発：

  • ハードウェアインターフェースクラスを定義し、Arduinoとの通信を管理します。

  • ROS 2コントロールライブラリを使用して、シミュレーションと実際のロボットの操作をシームレスに行います。

• コマンドと状態インターフェース：

  • ハードウェアの状態とコマンドを読み書きするメソッドを実装します。

  • `export_state_interfaces`と`export_command_interfaces`メソッドを使用して必要なインターフェースを提供します。

これらのレッスンの終わりには、ROS 2とArduinoを統合し、サーボモーターを管理し、ライフサイクルノードを活用して、より良い制御とフィードバックを得る方法についての確固たる理解が得られるでしょう。コースの詳細な説明と実践的なアプローチにより、これらの概念を効果的に適用できるようになります。

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