[ROS2] TurtleBot3+ROS2(Foxy)+Gazebo Naviagtion2 Install

Linux Ubuntu 환경에서 Gazebo 시뮬레이터를 이용하여 Turtlebot3으로 Navigation2 Task를 수행하는 방법을 알아보자.

관련 패키지를 설치하기 전에, OS 버전과 설치된 ROS 버전을 먼저 확인해야 한다.

 

 

Ubuntu 20.04(focal)

$ lsb_release -a
No LSB modules are available.
Distributor ID: Ubuntu
Description:    Ubuntu 20.04.4 LTS
Release:        20.04
Codename:       focal

 

ROS2 Foxy

$ printenv ROS_DISTRO
foxy

 

Gazebo 11

gazebo --version
Gazebo multi-robot simulator, version 11.11.0
Copyright (C) 2012 Open Source Robotics Foundation.
Released under the Apache 2 License.
http://gazebosim.org

 

 

정리하면, Ubuntu 20.04, ROS2 Foxy, Gazebo 11 버전이 Install되어 있다. 본인의 환경 버전에 맞는 라이브러리를 설치해야 하므로 리눅스라면 공통이지만 특히 로보틱스 작업에서는 버전이 꼬이지 않도록 주의하여 확인해주자.

 

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Install Package

Gazebo 확장 패키지와 SLAM 작업을 위한 Cartographer, 수행할 태스크인 Navigation2를 Install한다.

$ apt install ros-foxy-gazebo-ros-pkgs ros-foxy-cartographer ros-foxy-cartographer-ros ros-foxy-navigation2 ros-foxy-nav2-bringup

본 Task에서 사용할 Turtlebot 관련 패키지를 Install한다.

$ apt install ros-foxy-turtlebot3-msgs ros-foxy-dynamixel-sdk ros-foxy-hls-lfcd-lds-driver

앞으로 Turtlebot+Gazebo 로보틱스 관련 파일들이 저장되고 실행될 워크스페이스를 하나 생성한다. cmake 형태로 colcon build가 진행되도록 구성할 것이므로, 아래와 같이 디렉터리를 생성한다.

$ mkdir -p ~/turtlebot_ws/src
$ cd ~/turtlebot3_ws/src

생성한 워크스페이스에 Turtlebot 로보틱스 깃을 Clone한다.

$ git clone -b foxy-devel https://github.com/ROBOTIS_GIT/turtlebot3
$ git clone -b foxy-devel https://github.com/ROBOTIS-GIT/turtlebot3_simulations

Clone이 완료되었다면 turtlebot_ws/src 아래에 두 레포지토리가 복제되어 있을 것이다. 빌드해주자.

$ colcon build --symlink-install --parallel-workers 1

 

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Operate Gazebo

Gazebo에서는 Model PATH와 사용할 Turtlebot Model을 정의해주어야 한다. 터미널을 새로 열 때마다 매번 export하는 것에는 한계가 있으므로 bashrc에 작성해주는 것이 편하다.

~/.bashrc

export TURTLEBOT3_MODEL=waffle
export GAZEBO_MODEL_PATH="~/turtlebot3_ws/src/turtlebot3_simulations/turtlebot3_gazebo/models"

source ~/turtlebot3_ws/install/setup.bash
source /opt/ros/foxy/setup.bash

export ROS_MASTER_URI=http://localhost:11311
export ROS_HOSTNAME=localhost

export로 PATH를 지정해주고, 워크스페이스의 setup.bash까지 실행되었다면(bashrc에 작성한 경우 터미널을 껐다 키거나 source 명령을 이용하면 된다.) 본격적으로 Turtlebot World를 실행할 차례이다.

$ ros2 launch turtlebot3_gazebo turtlebot3_world.launch.py

여기까지 잘 수행되었다면 Gazebo에 Turtlebot Example World 환경이 보여질 것이다. (육각형 월드에 원기둥 9개)

 

 

Teleop Turtlebot3

월드에 비치된 터틀봇을 움직여보자. ROS의 가장 대표적이라고 할 수 있는 Teleop을 이용할 것이다.

$ ros2 run turtlebot3_teleop teleop_keyboard

Control Your TurtleBot3!
---------------------------
Moving around:
        w
   a    s    d
        x

w/x : increase/decrease linear velocity (Burger : ~ 0.22, Waffle and Waffle Pi : ~ 0.26)
a/d : increase/decrease angular velocity (Burger : ~ 2.84, Waffle and Waffle Pi : ~ 1.82)

space key, s : force stop

CTRL-C to quit

키보드의 wasdx 버튼을 통해 로봇을 조종할 수 있다. ROS1에서는 qweasdzxc 9개의 버튼을 사용할 수 있었는데, ROS2로 넘어오면서 5개로 줄어든 건지 다른 패키지를 Install한 것인지는 모르겠지만 상당히 불편했다. Turtlebot3에서는 Burger, Waffle 두 가지 모델이 있는데 위 시스템 문구에 출력된 바와 같이 최대 속도가 다르므로 본인에게 필요한 것을 사용하면 된다. Burger는 최대 선속도가(주행 속도) 낮은 대신 최대 각속도(회전 속도)가 높다. 이외에도 많은 차이점이 존재하니 자세한 것은 위키를 참고하자.

 

 

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위 단계까지는 Gazebo 환경에서 Turtlebot3 모델과 월드를 불러오고, ROS와 통신하는 테스트 정도로 생각하면 된다. 이제 Navigation Task를 위한 SLAM 작업을 진행해야 한다.

 

SLAM & Save the map

Navigation은 로봇이 A지점에서 B지점으로 계획된 경로에 따라 이동하는 것으로, 경로 계획과 장애물 회피 등을 위해 미리 탐색된 맵 파일이 필요하다. 여기에 필요한 맵 파일을 생성하기 위해 터틀봇의 지도 제작 프로세스를 이용할 것이다.

탐색할 맵 파일과 터틀봇이 포함된 월드(Gazebo)가 실행된 상태에서 아래 명령어를 입력해야 한다. (위 Operate Gazebo 참조)

$ ros2 launch turtlebot3_cartographer cartographer.launch.py use_sim_time:=True

위 명령을 실행하면 아래와 같이 RVIZ가 켜질 것이다. 필요한 Display 옵션들은 좌측에 나열되어 있으나, 다른 옵션이 필요한 경우 좌측 하단의 Add 버튼을 클릭하여 추가하면 된다. 나는 TF Name이 아닌 터틀봇으로 형태를 보기 위해 RobotModel을 추가해주었다. (RobotModel Add 후 Topic을 File로 변경, 해당 모델의 URDF 파일을 선택해주어야 적용됨)

서초구 LG 사옥 환경에 Turtlebot Burger를 넣고 Cartographer를 구동 중인 화면이다. Gazebo 실행 > Cartographer 실행 > Teleop 실행해서 움직이면 지도가 생성된다. 한 번 탐색한다고 지도가 깔끔하게 생성되는 것도 아니거니와, 맵이 상당히 넓다보니 완벽한 지도를 제작하는 데에는 실패했다.

이틀동안 지도 제작만 하면서 얻은.. 소소한 팁

1. 최대 속도가 n이더라도 n으로 주행하면 지도가 완벽히 탐색되지 않을 수 있음.
2. 회전은 항상 주의하자.. 앞뒤로는 탐색이 잘 되는데 회전하면 좌표계가 틀어지는 경우가 허다함
3. 로봇 기준 좌우가 가장 탐색이 잘 된다. 로봇이 지나간 길(발밑)은 잘 탐색되지 않으니 위치를 바꿔 다시 탐색하기
4. 센서의 끝에 장애물이 닿아있어야 인식이 된다. 허허벌판을 지나가면 지도가 안만들어진다.
5. 한 군데에 집착하기 보다는 경계선을 먼저 다 그린 후 안으로 점점 들어가는 것이 좋다.
6. 좌표계가 틀어졌을 땐 절망하지 말고 주변을 한 번만 다시 돌아보면 돌아오는 경우도 있다. 그런데 사실 잘 안돌아온다. 좌표계 한 번 틀어지면 그냥 절망하고 리셋 버튼 눌러야 한다. 젠장
7. 이틀동안 Burger 모델을 썼는데, Waffle이 더 좋은 것 같다. 전방 카메라를 Gazebo에서 볼 수 있다. 몰라서 Burger만 쓰다가 Waffle 오고 너무 편했다. 근데 나중엔 Rviz에서도 카메라 켜놓고 쌍카메라 다 봄
8. Teleop 안쓰고 Gazebo에서 로봇 옮겨다니면서 해보려다가 좌표계 다 틀어졌다. Teleop만 쓰는 게 좋다.

안 그래도 속도 느린데 빠르게 하면 좌표계 틀어지고, 맵 깨지고 난리도 아니다.. 이틀동안 진짜 고생했는데 결국 완성 못하고 포기했다. 맵이 좁고 단촐하면? 회전하는 구간보다는 일직선으로 갔을 때 탐색이 많이 되는 월드가 좋을 것 같다는 생각.