Einstieg ROS 2

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Einleitung

Im Forschungsgebiet Robotik und autonome Systeme wird mit dem Robot Operating System 2 (ROS 2) gearbeitet. Das Robot Operating System ist ein Framework und soll bei der Softwareentwicklung von Roboteranwendungen helfen ^[1]. Bereits 2007 startete die Entwicklung am Stanford Artificial Intelligence Laboratory im Rahmen des Stanford-AI-Robot-Projektes. Seit 2009 wird die Software überwiegend am Robotikinstitut Willow Garage weiterentwickelt. Ab 2012 übernahm die gemeinnützige Organisation Open Source Robotics Foundation (OSRF) die Entwicklung ^[2].

ROS 2 Galactic Geochelone ist die aktuelle Version und bietet Softwarebibliotheken und Werkzeugen zur Entwicklung von Robotern und autonomen Systemen ^[3].
Für unsere vielfältigen Projekte hat ROS 2 einiges zu bieten ^[4]:

Gerätetreiber für viele Aktoren und Sensoren
Algorithmen zur Navigation und Bahnsteuerung
Leistungsstarke Entwicklertools
Software für die Bildverarbeitung
Algorithmen für die Simultane Positionsbestimmung und Kartierung (SLAM)
Echtzeitfähigkeit

Installation

Installation Ubuntu 20.04 LTS

Wir empfehlen die Installation von ROS 2 Galactic Geochelone unter Ubuntu 20.04 LTS (Focal Fossa). Für die Installation von Ubuntu kann dieses Tutorial verwendet werden. Alternativ kann auch mit UNetbootin ein USB-Stick für das Starten und Installieren von Ubuntu erstellt werden.

Nach der Installation von ubuntu ist es erforderlich, dass der Nutzer (hier "hshl-user") Zugriff auf die sudo-Gruppe hat bzw. Befehle als Admin ausführen darf. Folgende Kommandos sind dazu in einem Terminal notwendig:

Super-User werden: su
Datei für sudo-Zugriff prüfen: nano /etc/sudoers
Zeile muss so aussehen: %sudo ALL=(ALL:ALL) ALL
Speichern mit Strg+X
Nutzer "hshl-user" der Gruppe sudo hinzufügen: usermod -aG sudo hshl-user
Root-Anmeldefenster verlassen: exit
ggf. Terminal-Fenster neu starten
Test, ob sudo funktioniert, z. B. mit: sudo whoami, Antwort muss "root" sein!

Installation ROS 2 Galactic Geochelone

Auch für die Installation von ROS 2 Galactic Geochelone werden Tutorials bereitgestellt. Wir empfehlen Installing ROS 2 via Debian Packages. Die in der Anleitung aufgeführten Befehle werden nacheinander in die Kommandozeile kopiert und ausgeführt. Zum Öffnen eines Terminalfensters kann die Tastenkombination [Strg] + [Alt] + [T] verwendet werden. Sollten noch keine Erfahrungen mit der Shell oder Kommandozeile vorhanden sein empfehlen wir den Einstieg über diese Shell Einführung.

Zum Ausführen von ROS2-Befehlen muss im Terminal eingegeben werden: source /opt/ros/galactic/setup.bash

Tutorials

Für den schnellen einstieg in das Robot Operating System empfehlen wir diese Tutorials In dem ersten Teil Beginner: Command-Line Interface Tools wird unter anderem vermittelt, was Nodes, Topics, Services, Parameters und Actions sind und wofür sie verwendet werden. Im zweiten Teil Beginner: Client Libraries wird der erste eigene Workspace erstellt, erklärt was Packages sind und die ersten einfachen Programme erstellt. Hierbei besteht immer die Wahl zwischen C++ und Python als Programmiersprache. Für fortgeschrittene Anfänger ist der dritte Teil Intermediate, hier wird eine eigene Action erstellt, mehrere Nodes in einem Prozess zusammengeführt und das Unified Robot Description Format (URDF) vorgestellt. Wer noch tiefer einsteigen möchte kann im vierten Teil Advanced weitere Erfahrungen sammeln. Danach werden noch Simulation Tutorials, Verschiedenes, weitere Demos und Beispiele angeboten.

Demo Fahrerloses Transport System

Von Stefan Arndt wurde in Kooperation mit der Firma Hanning Elektro-Werke GmbH & Co. KG eine Webots Simulation aufgebaut, diese wird hier als Demo vorgestellt. In der Demo wird ein Fahrerloses Transport System in einer virtuellen Umgebung navigiert. Hierbei wird von dem Roboter die Umgebung kartografiert und autonom ein Weg von der Start zur Ziel Position gesucht.

Voraussetzungen

ROS 2 Galactic Geochelone wurde erfolgreich installiert
Die Tutorials wurden bis einschließlich Beginner: Client Libraries durchgeführt
Ein eigener Workspace wurde erstellt
Webots wurde installiert

Pakete herunterladen und installieren

Die Demo ist im SVN-Ordner zu finden und wird in den src-Ordner des Workspaces kopiert. Danach werden im Workspace die Pakete aufgebaut:

Go into the root of your workspace: ~$ cd ~/FTS_ws
In the root of your workspace, build your packages: ~$ colcon build

Starten der Demo

Source ROS2 Environment as your underlay: ~$ source /opt/ros/galactic/setup.bash
Go into the root of your workspace: ~$ cd ~/FTS_ws
In the root, source your overlay: ~$ . install/local_setup.bash
Start Webots and RViz with Hanning FTS ~$ ros2 launch hewagv_simulation full_system_launch.py

Literaturverzeichnis