아두이노/라즈베리파이와 ROS 연동하기

앞의 글에서 라즈베리파이에 우분투 기반 ROS를 설치하는 내용을 정리해 보았다. 이 방식은 라즈베리파이에서 ROS의 모든 기능을 사용할 수 있는 것에 비해, 별도로 라즈베리파이에서 무거운 우분투와 ROS를 운영해야하는 문제가 있다. 그러므로, 이 글에서는 RPLidar와 같은 센서에서 아두이노/라즈베리파이 등을 이용해 데이터만 ROS로 전달하는 방법을 정리해 본다.

본 글의 실행한 환경은 노트북을 마스터 PC로 하고, TK1을 슬래이브하여, 테스트해 보았다.

1. 우분투 기반 rosserial 설치

1. 아두이노 rosserial 라이브러리 설치
아두이노와 ROS 간 데이터 통신을 위해서는 rosserial 라이브러리를 ROS에 설치해야 한다. 다음 링크에서 다운받은 rosserial 라이브러리를 설치한다.

• Arduino IDE Setup
• Arduino IDE 설치 상세 방법

이를 이용해, 다음과 같은 어플리케이션을 개발할 수 있다.

2. ROS rosserial-arduino 패키지 설치

이 챕터는 아래 레퍼런스를 정리한 것이다.

• rosserial 상세 내용

다음과 같은 명령으로 rosserial for arduino 패키지를 설치한다.

sudo apt-get install ros-indigo-rosserial-arduino
sudo apt-get install ros-indigo-rosserial

다음 명령으로 관련 소스를 설치한다.

cd <ws>/src
git clone https://github.com/ros-drivers/rosserial.git
cd <ws>
catkin_make
catkin_make install
source <ws>/install/setup.bash

3. 아두이노 환경에 ros_lib 설치
아두이노 IDE가 설치되어 있다면, ros_lib 를 아두이노 빌드 환경에 설치한다.

cd <sketchbook>/libraries
rm -rf ros_lib
rosrun rosserial_arduino make_libraries.py .

(*주: 만약, 아두이노 라이브러리에 쓰기 권한 에러로 ros_lib폴더가 생성되지 않으면, sudo chmod 777 libraries 로 폴더 권한을 변경해 줘야 한다)

4. 아두이노 IDE에서 다음 예제를 실행해 본다.

코드를 분석해 보면 다음과 같다 (*주: 지금 시점에선 이 예제가 없고, HelloWorld 예제가 있다. 거의 같은 소스이므로, 이 예제를 이용하면 된다).

   1 /*
   2  * rosserial Publisher Example
   3  * Prints "hello world!"
   4  */
   5
   6 #include <ros.h>
   7 #include <std_msgs/String.h>
   8
   9 ros::NodeHandle nh;
  10
  11 std_msgs::String str_msg;
  12 ros::Publisher chatter("chatter", &str_msg);
  13
  14 char hello[13] = "hello world!";
  15
  16 void setup()
  17 {
  18   nh.initNode();
  19   nh.advertise(chatter);
  20 }
  21
  22 void loop()
  23 {
  24   str_msg.data = hello;
  25   chatter.publish( &str_msg );
  26   nh.spinOnce();
  27   delay(1000);
  28 }

9번 줄에서 Node 핸들러를 정의한다.
12번 줄에서 Publisher 객체를 정의한다.
16번 줄에서 setup() 을 실행해, Node를 초기화한다.
25번 줄에서 hello 메시지를 publish한다.

이 스케치 코드를 아두이노에서 실행한다.
그리고, 다음 명령을 터미널에 입력한다 (*주: 이때 ttyUSB0는 아두이노에 연결된 COM포트 명으로 수정해야 입력해야 한다).

$ roscore
$ rosrun rosserial_python serial_node.py /dev/ttyUSB0
$ rostopic echo chatter

다음과 같이 잘 실행된다.

다른 예제를 실행해 보기 위해, rosrun을 종료한다.

이제 예제 중에 Blink 예제를 로드하고, 빌드하여 아두이노에 전송한다. 그리고 다시 rosrun을 실행한다. 

$ rosrun rosserial_python serial_node.py /dev/ttyUSB0

그리고, topic list -v 를 입력하면, /toggle_led 토픽이 나타난다.

이제, 토픽에 Blink 메세지를 줘 보자. 

$ rostopic pub -1 /toggle_led std_msgs/Empty 

토픽 메시지에 따라 아두이노 보드에 신호가 전달되어 13번 LED가 깜빡거리는 것을 확인할 수 있다.

슬래이브에서 rosrun 실행 (TK1 보드)

슬래이브(TK1 보드)에 연결된 아두이노 보드

blink 메시지 토픽 전달 (마스터 PC)

슬래이브(TK1)에 연결된 아두이노보드 13번 LED ON 확인 

blink 메시지 토픽 전달 (마스터 PC)

 슬래이브(TK1)에 연결된 아두이노보드 13번 LED OFF 확인 

이제, 아두이노에 응용되는 수많은 센서, 모터 및 라이브러리를 ROS기반으로 제어할 수 있다!!!

3D 포인트 클라우드 스캔 및 아두이노 센서 토픽 함께 실행한 모습

rosserial과 관련해, 다음 레퍼런스를 참고하면 사용에 도움이 된다.

• rosserial 기반 아두이노 blink 예제
• rosserial publishers and subscribers
• rosserial tutorial
• ROS with arduino 
• ROS introduction with Arduino
• Integrating Arduino-Based Educational Mobile Robots in ROS 
• 오로카 rosserial 설명
• 오로카 전체 개발 프로세스 링크

2. 라즈비안 기반 rosserial 설치

이 글은 아래 링크를 참고하였다. 다만, 설치 시 패키지 Error 가 나는 경우가 많음에 주의할 필요가 있다. 우선 내용을 정리한다는 차원에서 포스팅한다.

• Installing rosserial on Raspbian with ROS Hydro
• Bridging ROS to Embedded Systems

이를 이용해, 다음과 같은 어플리케이션을 개발할 수 있다.

우선 라즈베리파이에 앞의 글에서 설명한, 라즈비안+ROS가 설치되어 있음을 가정한다. 그리고 앞에서 ROS에서 설치했던 방식으로 rosserial 을 설치한다. 참고로, 다음과 같은 방식으로 설치할 수도 있다.

$ cd ~/ros_catkin_ws/src
$ git clone https://github.com/ros-drivers/rosserial
$ cd ..
$ rosdep install  --from-paths src --ignore-src --rosdistro indigo -y --os=debian:wheezy

rosserial 사용방법은 동일하다.

기타, 다음 레퍼런스를 참고하면, 개발에 도움이 된다.

• Raspberry Pi + ROS + Arduino
• Raspberry Pi + ROS
• Miniature Robotic Tanks v2
• Rosbridge

특히, rosbridge 를 사용하면, JSON 웹기반으로 ROS와 메시지를 주고 받을 수 있다. 이와 관련되어, 로봇웹툴이란 커뮤니티가 있다. 

rosbridge & force (rosbridge로 ROS포스를 느껴보자 ㅎ)