2019-09-02

Last modified on 2019-09-05

ROS2 快速入門

1. Create ROS2 workspace
2. Write a publisher and a subscriber
3. References

這裡已預設 ROS2 已安裝好，不論使用 apt 安裝或者是 github 上的 archive 都可以，且已設置好必要的環境變數 (setup.bash 腳本)
這邊使用 dashing distro。

Create ROS2 workspace

create an empty package:

$ ros2 pkg create --dependencies [deps]

以下為具有兩個 package 的 workspace
directory tree:

.
└── src
    ├── ros_course_demo
    │   ├── CMakeLists.txt
    │   ├── package.xml
    │   └── src
    │       ├── listener.cpp
    │       └── talker.cpp
    └── package_name
        ├── CMakeLists.txt
        ├── package.xml
        └── src
            ├── file1.cpp
            └── file2.cpp

不同於 ROS1 使用 catkin 作為 build system，ROS2 則是使用 ament_cmake，但是目前比較常使用另一個工具叫 colcon 可以同時組建 ROS1 和 ROS2 的 package，輸入

$ colcon build

colcon 就會走訪 src 目錄裡的所有 package 並組建。

為了能夠使用 ros2 run 執行一個 package 的執行檔，如以下命令

$ ros2 run package_name executable_name

必須在 CMakeLists 中為每個執行檔增加以下這一行，${target} 為執行檔名稱。

install(TARGETS ${target}
  DESTINATION lib/${PROJECT_NAME})

Write a publisher and a subscriber

搭配 rclcpp example 與 rclcpp library api，便能開始使用 ROS2，參考連結均放在底下。

subscriber:

listener.cpp

#include <cstdio>
#include <memory>
#include <string>
#include <vector>

#include "rclcpp/rclcpp.hpp"
#include "std_msgs/msg/string.hpp"

// Create a Listener class that subclasses the generic rclcpp::Node base class.
// The main function below will instantiate the class as a ROS node.
class Listener : public rclcpp::Node
{
public:
  Listener() : Node("listener")
  {
    auto callback = [this](const std_msgs::msg::String::SharedPtr msg) -> void {
      RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "I heard: [%s]", msg->data.c_str());
    };
    sub_ = create_subscription<std_msgs::msg::String>("chatter", callback);
  }

private:
  rclcpp::Subscription<std_msgs::msg::String>::SharedPtr sub_;
};

int main(int argc, char *argv[])
{
  rclcpp::init(argc, argv);
  auto node = std::make_shared<Listener>();
  rclcpp::spin(node);
  rclcpp::shutdown();
  return 0;
}

首先必須先建立一個 node，

class Listener 使用繼承自 rclcpp::Node，並在 Node 的 constructor 給予這個 node 的名稱。也可以使用 rclcpp::Node::make_shared() 建立一個 std::shared_ptr<rclcpp::Node> 類型的物件。

接下來由 rclcpp::Node::create_subscription() 註冊 callback function，此 callback 會在呼叫 rclcpp::spin() 時被執行。

當無法使用 auto 型態宣告變數，而需要完整型態時，要使用 rclcpp 定義好的 SharedPtr 來管理物件，以下為例 : “…” 為訂閱 topic 的資料型態。

using rclcpp::Subscription<...>::SharedPtr = std::shared_ptr<...>

publisher:

talker.cpp

#include <chrono>
#include <cstdio>
#include <memory>
#include <string>
#include <utility>
#include <vector>

#include "rclcpp/rclcpp.hpp"
#include "std_msgs/msg/string.hpp"

using namespace std::chrono_literals;

class Talker : public rclcpp::Node
{
public:
  Talker()
  : Node("talker"), count_(0) {
    pub_ = this->create_publisher<std_msgs::msg::String>("chatter");
    timerPtr_ = this->create_wall_timer(1s,
      [this]() {
        this->timerPtr_->reset();
        auto message = std_msgs::msg::String();
        message.data = "Hello, world! " + std::to_string(this->count_++);
        RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "Publishing: '%s'", message.data.c_str());
        this->pub_->publish(message);
      }
    );
  }

private:
  int count_;
  rclcpp::TimerBase::SharedPtr timerPtr_;
  rclcpp::Publisher<std_msgs::msg::String>::SharedPtr pub_;
};

int main(int argc, char *argv[])
{
  rclcpp::init(argc, argv);
  auto node = std::make_shared<Talker>();
  rclcpp::spin(node);
  rclcpp::shutdown();
}

ROS2 兩個主要用來做時間管理的工具

rclcpp::WallRate

較容易使用，設定固定一段時間並睡眠，會跟 while (rclcpp::ok()) {...} 一起使用
e.g.

rclcpp::WallRate loop_rate(500ms);
loop_rate.sleep();

rclcpp::timer::WallTimer

建立一個計時器並立刻倒數。
e.g.

node = rclcpp::Node::make_shared("node_name");

auto timer_ptr = this->create_wall_timer(1s,
  []() { RCLCPP_INFO(node->get_logger(), "node_loop"); }
);

當你建立一個 WallTimer 物件，Timer 就會開始倒數，並沒有界面可以讓你預設就是關閉，只能建立完之後呼叫 cancel() 或等到 rclcpp::spin() 之前呼叫 reset()。

註冊的 callback 在呼叫 rclcpp::spin() 前都不會被執行。

make_shared() 會回傳一個 std::shared_ptr， ROS2 的 Timer 已經定義好 rclcpp::TimerBase::SharedPtr 當作 base pointer 使用來操作不同類型的 WallTimer。

`std::chrono`

為何可以使用 1s 當作一秒帶入 create_wall_timer() 呢？因為這邊使用了 C++11 的語法 User-defined literals

Allows integer, floating-point, character, and string literals to produce objects of user-defined type by defining a user-defined suffix.

而以下是在 C++14 std::chrono已經定義好的時間常數。

operator""h
operator""min
operator""s
operator""ms
operator""us
operator""ns

constexpr std::chrono::hours operator ""h(unsigned long long h)
{
    return std::chrono::hours(h);
}

std::chrono::hours is a helper type of std::chrono::duration (C++14)
以下是 std::chrono::hours 的定義：

namespace chrono
{
...
  typedef duration<int64_t, ratio<3600>>  hours;
} // namespace chrono

這些 User-defined literals 也支援 operator overloading 的算術操作、比較運算子等，甚至可以對不同時間間隔做操作 (如 h, min, s)，因為他們都是 duration 的別名，只差在是不同的 template specialization，更詳盡的介紹可以參考 cppreference.com 上關於 std::chrono::duration 的頁面。

以下示範對於不同時間間隔的操作：

#include <chrono>
#include <iostream>
using namespace std::chrono_literals;
int main()
{
    std::chrono::seconds s = 1h 
                           + 2*10min
                           + 70s/10;
    std::cout << "1 hour + 2*10 min + 70/10 sec = " << s.count() << " seconds\n";
    return 0;
}

可以看到以下輸出

1 hour + 2*10 min + 70/10 sec = 4807 seconds

只要加上這一行就可以使用 std::chrono 的 User-defined literals

using namespace std::chrono_literals;

demo

demo 結果，先執行 talker 再執行 listener (所以字串才從 4 開始)

References

rclcpp example : https://github.com/ros2/examples/tree/master/rclcpp
rclcpp library api : http://docs.ros2.org/dashing/api/rclcpp/

Todo list

Gazebo, SLAM
ROS2 QoS

Draft: https://hackmd.io/CTiXEKLzTIGQ2mAxdBYxYA

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