Desbravando espaços com o BB8 e ROS em C++ via Actions personalizadas – ROS Portuguese Tutorial

16/04/2024

This tutorial is created by Robotics Ambassador Anderson

Robotics Ambassador Program https://www.theconstruct.ai/robotics-ambassador/

O que nós vamos aprender:

Configurar e criar um pacote em ROS para um robô BB-8.
Criar e configurar mensagens de Action para controlar o movimento do robô.
Escrever um servidor de ações em C++ para processar os comandos recebidos.
Compilar e lançar a simulação do robô BB-8 no Gazebo.
Enviar comandos para o robô BB-8 via terminal e receber feedback de sua posição no espaço tridimensional.

Lista de recursos usados neste post:

Use este rosject: https://app.theconstruct.ai/l/60394ad6/
The Construct: https://app.theconstructsim.com/
ROS Courses: ROS Basics in 5 Days (C++) https://app.theconstructsim.com/courses/56

Panorama

Bem-vindo! Neste tutorial, iremos mergulhar nos recursos de Actions no ROS, com foco no ROS 1 Noetic e em um dos robôs mais encantadores disponíveis na plataforma: o BB-8 do universo de Star Wars. Vamos explorar como usar Actions para enviar comandos personalizados que permitem ao BB-8 executar ações específicas, como caminhar, girar e parar, em resposta a objetivos definidos. Ao longo do processo, você aprenderá a criar mensagens customizadas para interagir com o BB-8 de maneira controlada e divertida.

Abrindo o rosject

Para acompanhar este tutorial utilize o rosject acessando o link fornecido e clique no botão vermelho

https://app.theconstruct.ai/l/60394ad6/

Criando o pacote

Abra um terminal e cole os comandos abaixo para criar o pacote e os arquivos necessários para a simulação.

roscd; cd ..; cd src/bb8; catkin_create_pkg bb8_action_pkg roscpp actionlib actionlib_msgs geometry_msgs std_msgs cd bb8_service_pkg; mkdir action; cd action; touch CustomActionMsg.action; cd ..; cd src; touch bb8_service_server.cpp; chmod +x *.cpp

Novos arquivos aparecerão na árvore de pastas em sua IDE.

Configurando as mensagens de Action
Mensagens de Action são compostas pelos elementos goal, result e feedback. No caso da nossa aplicação, trataremos cada um dos elementos como uma string diferente. Salve o arquivo CustomActionMsg.action incluindo o seguinte conteúdo:

string goal --- string result --- string feedback

Preparando para compilar

Para atualizar seu CMakeList.txt, é crucial copiar o seguinte conteúdo e colá-lo no arquivo, substituindo o que estiver presente.

cmake_minimum_required(VERSION 3.0.2) project(bb8_action_pkg) find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS actionlib actionlib_msgs geometry_msgs roscpp std_msgs ) add_action_files( FILES CustomActionMsg.action ) generate_messages( DEPENDENCIES geometry_msgs# std_msgs actionlib_msgs ) catkin_package( CATKIN_DEPENDS actionlib actionlib_msgs roscpp ) include_directories( ${catkin_INCLUDE_DIRS} ) add_executable(bb8_action_server src/bb8_action_server.cpp) add_dependencies(bb8_action_server ${bb8_action_server_EXPORTED_TARGETS} ${catkin_EXPORTED_TARGETS}) target_link_libraries(bb8_action_server ${catkin_LIBRARIES} ) add_dependencies(bb8_action_server bb8_action_pkg_generate_messages_cpp)

Escrevendo o servidor de ações

Agora, vamos para a etapa em que os comandos são enviados ao servidor do ações. No diretório ‘src’, abra o arquivo bb8_action_server.cpp e adicione o seguinte código.
#include "geometry_msgs/Twist.h" #include "nav_msgs/Odometry.h" #include <actionlib/server/simple_action_server.h> #include <bb8_action_pkg/CustomActionMsgAction.h> #include <ros/ros.h> class MoveAction { protected: ros::NodeHandle nh_; actionlib::SimpleActionServer<bb8_action_pkg::CustomActionMsgAction> as_; std::string action_name_; bb8_action_pkg::CustomActionMsgFeedback feedback_; bb8_action_pkg::CustomActionMsgResult result_; ros::Publisher pub; ros::Subscriber sub; geometry_msgs::Twist mov; nav_msgs::Odometry odom; ros::Rate *rate_; public: MoveAction(std::string name) : as_(nh_, name, boost::bind(&MoveAction::Callback, this, _1), false), action_name_(name) { as_.start(); rate_ = new ros::Rate(1); pub = nh_.advertise<geometry_msgs::Twist>("cmd_vel", 1000); sub = nh_.subscribe("/odom", 1000, &MoveAction::odomCallback, this); } void Callback(const bb8_action_pkg::CustomActionMsgGoalConstPtr &goal) { ROS_INFO("Goal received: %s", goal->goal.c_str()); while (ros::ok() && !as_.isPreemptRequested()) { if (goal->goal == "walk") { mov.linear.x = 0.5; mov.angular.z = 0; pub.publish(mov); } else if (goal->goal == "turn") { mov.linear.x = 0; mov.angular.z = 1; pub.publish(mov); usleep(2000000); } else if (goal->goal == "stop") { mov.linear.x = 0; mov.angular.z = 0; pub.publish(mov); } feedback_.feedback = "Received position: x=" + std::to_string(odom.pose.pose.position.x) + ", y=" + std::to_string(odom.pose.pose.position.y) + ", z=" + std::to_string(odom.pose.pose.position.z); as_.publishFeedback(feedback_); rate_->sleep(); } if (as_.isPreemptRequested()) { ROS_INFO("Goal preempted."); as_.setPreempted(); } else { ROS_INFO("Goal succeeded."); result_.result = "Action completed."; as_.setSucceeded(result_); } } void preemptCallback() { ROS_INFO("Goal preempted."); as_.setPreempted(); } void odomCallback(const nav_msgs::Odometry::ConstPtr &msg) { odom = *msg; } }; int main(int argc, char **argv) { ros::init(argc, argv, "node_action"); MoveAction server("action_custom_msg_as"); ros::spin(); return 0; }

Compilando o pacote e lançando a simulação

Em um terminal, inicie o Gazebo usando o comando apropriado para visualizar o robô BB-8 pronto para operação. Isso abrirá a janela do Gazebo.

roslaunch bb_8_gazebo main.launch

No segundo terminal, execute o seguinte comando para compilar apenas o pacote que criamos. Isso economiza tempo, já que compilará apenas um pacote em vez de todos os existentes.

cd ~/catkin_ws/; catkin_make --only-pkg-with-deps bb8_action_pkg; source devel/setup.bash

Se tudo foi feito corretamente, o prompt não acusará nenhum erro:

Rodando o servidor de serviços

No terminal 3, execute o comando para iniciar o servidor de ações:

rosrun bb8_action_pkg bb8_action_server

Não se preocupe com este terminal, abra um novo para prosseguir com os passos deste tutorial.

Invocando o feedback da ação

Abra um quarto terminal para receber feedback do robô com informações sobre sua localização no espaço tridimensional. Essas atualizações são recebidas a cada dois segundos, permitindo que você saiba a posição do robô mesmo que ele não esteja visível.

rostopic echo action_custom_msg_as/feedback

Não se preocupe se nada aparecer inicialmente, pois o servidor ainda não está em execução, então não haverá feedback disponível ainda. Isso é normal.

Chamando a ação criada

No quinto terminal, execute o seguinte comando:

rostopic pub action_custom_msg_as/goal bb8_action_pkg/CustomActionMsgActionGoal

Após digitar o comando, não pressione ‘Enter’. Em vez disso, pressione ‘Tab’ duas vezes para autocompletar com os elementos necessários. Em seguida, você poderá selecionar o goal desejado, como ‘turn’, ‘walk’ ou ‘stop’.”

O robô deve se mover de acordo.

Visualizando o feedback

De volta ao terminal 4 temos:

As informações de odometria sempre indicarão onde seu robô está localizado, mesmo que a visualização seja obstruída por um Star Destroyer. Aliás, este método é excelente para explorar e localizar aquela entrada secreta em uma colossal nave inimiga.