ラズパイマウスでROS2動かしてみた 技術情報・開発日誌

USB出力9軸IMUセンサモジュールをROS 2とラズパイマウスで動かす

ラズパイマウスでROS2動かしてみた

こんにちはshotaです。このシリーズではRaspberry Pi Mouse(ラズパイマウス)でROS 2を動かしていきます。

今回は、アールティが開発・販売しているUSB出力9軸IMUセンサモジュール(以下、IMUモジュール)をROS 2で動かす方法を紹介し、その後ラズパイマウスにIMUモジュールを搭載してサンプルプログラムを実行します。

前回のおさらい

前回はマルチLiDARマウントオプションキットを取り付けて、ラズパイマウスROS 2サンプル集にあるSLAMサンプルを実行しました。

今回もROS 2サンプル集を使用するので、下記の記事を参考にサンプル集をインストールしてください。

また、ROS 2サンプル集ではブザーを鳴らしたりモータを回したりします。
デバイスドライバも忘れずにインストールしてください。

こちらの記事で、USB出力9軸IMUセンサモジュールのROSパッケージ更新内容について紹介しています。合わせてご覧頂けるとうれしいです。

作業に必要なもの

  • Raspberry Pi Mouse V3
    • 商品ページはこちら
    • これまでの記事で、ROS 2 DashingをインストールしたUbuntu 18.04、をインストールしたRaspberry Pi Model 4 B、を搭載したラズパイマウスをセットアップしています
  • USB出力9軸IMUセンサモジュール
  • Raspberry Pi Mouse オプションキットNo.8 [マルチLiDARマウント]
  • 作業用PC
    • Ubuntu 18.04のPCを用意しました。ROS 2 Dashingインストール済みです。

IMUモジュールをROS 2で動かす

まずはIMUモジュール単体をROS 2で動かします。

ROS 2パッケージのインストール

インストールするパッケージはrt_usb_9axisimu_driverです。

rt_usb_9axisimu_driver(以下IMU ROSパッケージ)は、ROSのKineticとMelodic、ROS 2のDashingに対応しています。
今回はROS 2 Dashingを使用するのでdashing-develブランチに切り替えて作業します。

ターミナルを開き、次のコマンドを実行してパッケージをビルド&インストールします。

ここでは作業用PCにパッケージをインストールします
# パッケージのダウンロード(clone)と、依存関係のインストール
$ cd ~/ros2_ws/src
$ git clone -b dashing-devel https://github.com/rt-net/rt_usb_9axisimu_driver.git
$ rosdep install -r -y -i --from-paths .

# パッケージのビルド&インストール
$ cd ~/ros2_ws
$ colcon build --symlink-install
$ source ~/ros2_ws/install/setup.bash

センサの出力(トピック)をコマンドで確認する

パッケージがインストールされたので、パッケージを動かし(ノードを起動し)、センサ値を表示します。
つぎの動画のようにコマンドを入力していくので、作業前に参照してください。

まず、IMUモジュールをPCに接続します。

IMUモジュールをmicro-USBケーブでPCに接続する。

次のコマンドを実行してノードを起動します。

# Terminal 1
$ ros2 run rt_usb_9axisimu_driver rt_usb_9axisimu_driver

IMU ROSパッケージはROS 2のライフサイクル機能に対応しており、ノードの状態を変えることで、センサ値を出力します。

起動直後のノードの状態はUnconfiguredです。この状態ではUSBポートにアクセスしないので、USBケーブルを抜き差ししてもOKです。

ライフサイクル機能の運用方法はパッケージによって異なります。ここで説明する各状態での動作は、rt_usb_9axisimu_driver特有のものです

それでは、ターミナルをもう一つ開き、ノードの状態を変更します。
次のコマンドを入力します。

# Terminal 2
$ source ~/ros2_ws/install/setup.bash
$ ros2 lifecycle set rt_usb_9axisimu_driver configure

これにより、ノードはInactive状態に遷移します。
この状態では、ノードがUSBポートを開き、IMUモジュールと通信します。センサ値のトピックは出力されません

続けて、次のコマンドを入力します。

# Terminal 2
$ ros2 lifecycle set rt_usb_9axisimu_driver activate

これにより、ノードはActive状態に遷移します。
この状態では、ノードがモジュールとの定期通信を開始し、センサ値をトピックとして出力します

次のコマンドを実行することで、加速度・角速度(/imu/data_raw)、地磁気(/imu/mag)、モジュール温度(/imu/temperature)のトピックを確認できます。

$ ros2 topic echo /imu/data_raw
$ ros2 topic echo /imu/mag
$ ros2 topic echo /imu/temperature

終了する際はCtrl+Cを入力します。

ラズパイマウスでIMUモジュールを動かす

続いて、ラズパイマウスでIMUモジュールを動かす方法を紹介します。

オプションキットの組付け

ラズパイマウスにマルチLiDARマウントIMUモジュールを組み付けましょう。

ちなみに、マルチLiDARマウントはUSB出力9軸IMUセンサモジュールだけでなく、
3種類のLiDAR(URG-04LX-UG01RPLIDAR A1LDS-01)にも対応しています。

このブログ記事では開発時のマルチLiDARマウントを使用しています。そのため、キットの形状や付属品等は実際の製品と異なります
故障を防ぐため、ラズパイマウスから電源ケーブル・バッテリーを取り外し、自身の静電気を除去してから作業を始めてください。

オプションキットの組付けに必要なもの

IMUモジュールをマルチLiDARマウントに組み付けます。
モジュールの向きに注意してください。

IMUモジュールを組み付ける

マルチLiDARマウントをラズパイマウスに組み付けます。
マウントのツメをラズパイマウスに引っ掛けます。

マルチLiDARマウントの組付け

前方のツメをネジで固定します。

ツメをネジで固定する

micro-USBケーブルを接続して完成です。

micro-USBケーブルを接続する

ラズパイマウスROS 2サンプル集をインストールする

ラズパイマウスROS 2サンプル集のインストール方法は過去の記事で紹介しています。

新たにrt_usb_9axisimu_driverパッケージをインストールするため、実行コマンドを再掲します。

2020/10/13追記: パッケージのビルドに失敗するというご報告があったためpackage.xmlを修正しました。現在は下記コマンドでビルドできます。

$ cd ~/ros2_ws/src
# Clone package
$ git clone https://github.com/rt-net/raspimouse_ros2_examples
$ git clone https://github.com/rt-net/raspimouse2
# For direction controller example
$ git clone -b dashing-devel https://github.com/rt-net/rt_usb_9axisimu_driver

# Install dependencies
$ rosdep install -r -y --from-paths . --ignore-src

# Build & Install
$ cd ~/ros2_ws
$ colcon build --symlink-install
$ source ~/ros2_ws/install/setup.bash

direction_controllerサンプルを実行する

それでは、direction_controllerサンプルを実行します。

実行手順はパッケージのREADMEにも書かれています。

ラズパイマウス上で次のコマンドを実行します。

$ ros2 launch raspimouse_ros2_examples direction_controller.launch.py

このコマンドにより、次の動画のようにラズパイマウスの姿勢を制御するノードが起動します。

このサンプルでは、IMUモジュールのz軸周りの角速度を蓄積し、ラズパイマウスの姿勢(方向)を推定しています。

SW0を押すと現在の姿勢を0度として初期化します。
SW1を押すと0度を維持するようにPID制御が働きます。
SW2を押すと姿勢を±90度に変化させるようにPID制御が働きます。

このように、ラズパイマウスにIMUモジュールを組み合わせることで、
ラズパイマウス単体では出来なかった動作が実現します。

他にも、モジュールからは加速度地磁気の値も取得できるので、ぜひ活用してみてください。

rqt_plotでトピックを描画する

動画の右下ではリアルタイムで更新されるグラフ(rqt_plot)が表示されています。
これを再現してみましょう。

先ほどと同じようにラズパイマウス上でノードを起動します。

$ ros2 launch raspimouse_ros2_examples direction_controller.launch.py

つづいて、作業用PCでターミナルを開きrqtコマンドを実行します。

$ rqt

rqtの実行①

Plugins→Visualization→Plotを選択します。

rqtの実行②

rqt_plotが起動します。
Topicの欄に/cmd_vel/angular/zと入力してプラスボタンを押します。
これにより、ラズパイマウスの走行速度司令トピック(cmd_vel)の回転速度(angular/z)を描画できます。

トピックを追加できない場合、ラズパイマウスと作業用PCの環境変数ROS_DOMAIN_IDが一致していない可能性があります。

$ export ROS_DOMAIN_ID=22

と実行し、それぞれ同じ値の環境変数を設定してください。

rqtの実行③

つづいて、Topicに/heading_angle/dataと入力してプラスボタンを押します。
これにより、ラズパイマウスの姿勢(方向)を描画できます。

rqtの実行④

準備が整ったので、ラズパイマウスのスイッチを押し、姿勢制御を開始しましょう。

rqt_plotの十字の矢印を押し、マウスでドラッグするとグラフを移動できます。
右クリックでドラッグすると拡大縮小できます。

rqtの実行⑤

右上の停止ボタンを押すと、グラフの更新を止められます。

rqtの実行⑥

まとめ

今回は、

  • USB出力9軸IMUセンサモジュールROS 2で動かしました
  • ラズパイマウスROS 2サンプル集のdirection_controllerサンプルを動かし、ラズパイマウスの姿勢を制御しました
  • rqt_plotで走行速度司令(cmd_vel)と、ラズパイマウスの姿勢(方向)を描画しました

今回の記事でラズパイマウスをROS 2で動かすシリーズは一旦終了です。

またラズパイマウス & ROS 2の新しい情報が入った際に紹介します。

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