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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。
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:
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
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。
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:
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);
}
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。
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:
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。
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。
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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