Criação de Serviços Personalizados no ROS 2 e Controle de Movimento do Robô em Python – Portuguese ROS Tutorial

This tutorial is created by Robotics Ambassador – Anderson

Robotics Ambassador: theconstruct.ai/robotics-ambassador/

O que nós vamos aprender:

1. Criação de um serviço personalizado no ROS2.
2. Configuração do ambiente ROS2 para garantir que todas as dependências estão corretamente instaladas e atualizadas.
3. Criação de um pacote ROS2 incluindo a estrutura de diretórios e os arquivos necessários para o projeto.
4. Implementação de um servidor e cliente de serviço para controle de movimento do robô.
5. Criação e edição de arquivos de lançamento (launch files) no ROS2.
6. Compilação e execução dos pacotes ROS2.
7. Teste e verificação do serviço para controlar o movimento do robô em diferentes direções.

Lista de recursos usados neste post:

1. Use este rosject: https://app.theconstruct.ai/l/639df241/
2. The Construct: https://app.theconstructsim.com/
3. ROS Courses: ROS Basics in 5 Days (C++) https://app.theconstructsim.com/courses/132

Panorama

Neste tutorial, vamos aprender a criar serviços personalizados no ROS2 e desenvolver um pacote de controle de movimento para um robô. Vamos passar pelos passos de criação e configuração de serviços, desenvolvimento de um pacote de movimento, implementação do servidor e cliente de serviço, e a criação de arquivos de lançamento. Este tutorial é ideal para quem deseja aprimorar suas habilidades em ROS2 e programação robótica.

Abrindo o rosject

Clique no link abaixo para ter acesso ao rosject deste tutorial. Em seguida, clique no botão “RUN”.

https://app.theconstruct.ai/l/639df241/

<figure1>

Criando o Serviço Personalizado

Criação do Pacote de Interfaces Personalizadas

Primeiro, vamos criar um pacote de interfaces personalizadas que conterá nosso serviço. Este pacote será responsável por definir e gerenciar a interface do serviço que iremos usar para controlar o robô.

Copie este bloco de comandos no primeiro terminal:

cd ~/ros2_ws/src
ros2 pkg create --build-type ament_cmake custom_interfaces --dependencies rclcpp std_msgs

Esses comandos criam um novo pacote chamado custom_interfaces com as dependências rclcpp e std_msgs.

Definição do Serviço

Em seguida, vamos definir o serviço que será utilizado para controlar o robô. Para isso, crie uma pasta chamada srv dentro do pacote custom_interfaces e um arquivo Move.srv. Use os comandos:

cd ~/ros2_ws/src/custom_interfaces
mkdir srv
cd srv
touch Move.srv

Edite o arquivo Move.srv com o seguinte conteúdo:

string direction               # Direção para girar (direita ou esquerda)
float64 velocity               # Velocidade angular (em rad/s) ou linear (em m/s)
int32 time                     # Duração do giro (em segundos)
---
bool success                   # O comando foi bem-sucedido?

Esse arquivo define a estrutura do serviço. Ele recebe a direção, velocidade e tempo como entrada, e retorna um booleano indicando se a operação foi bem-sucedida.

Atualizando os Arquivos CMakeLists.txt e package.xml

Agora, precisamos configurar os arquivos CMakeLists.txt e package.xml para que o ROS2 possa construir e utilizar nosso serviço.

No arquivo CMakeLists.txt, adicione:

find_package(rosidl_default_generators REQUIRED)
.
.
.
rosidl_generate_interfaces(${PROJECT_NAME}
"srv/Move.srv"
)

Essas linhas garantem que o gerador de interfaces do ROS2 processe nosso arquivo Move.srv.

No arquivo package.xml, adicione:

<build_depend>rosidl_default_generators</build_depend>
<exec_depend>rosidl_default_runtime</exec_depend>
<member_of_group>rosidl_interface_packages</member_of_group>

Essas dependências são necessárias para a construção e execução do nosso serviço.

Compilação e Verificação

Agora, compile o pacote e verifique se o serviço foi criado corretamente.

cd ~/ros2_ws
colcon build --packages-select custom_interfaces
source ~/ros2_ws/install/setup.bash

Para verificar se a mensagem de serviço foi criada:

ros2 interface show custom_interfaces/srv/Move

Criando o Pacote de Movimento

Vamos criar um pacote que implementará a lógica de movimento do robô, incluindo um servidor e um cliente de serviço.

cd ~/ros2_ws/src
ros2 pkg create --build-type ament_python movement_pkg --dependencies rclpy custom_interfaces std_msgs geometry_msgs sensor_msgs

Este comando cria um pacote chamado movement_pkg com as dependências necessárias.

Crie os arquivos necessários com os comandos:
cd ~/ros2_ws/src/movement_pkg/movement_pkg
touch movement_server.py movement_client.py

Implementação do Servidor de Serviço

Crie e edite o arquivo movement_server.py com o seguinte conteúdo:

from geometry_msgs.msg import Twist
from custom_interfaces.srv import Move
import rclpy
from rclpy.node import Node
import time

class Service(Node):
    def __init__(self):
        super().__init__('move_server')
        self.srv = self.create_service(Move, 'move', self.custom_service_callback)
        self.publisher_ = self.create_publisher(Twist, 'cmd_vel', 10)

    def custom_service_callback(self, request, response):
        msg = Twist()
        if request.direction == "right":
            msg.angular.z = -request.velocity
        elif request.direction == "left":
            msg.angular.z = request.velocity
        elif request.direction == "forward":
            msg.linear.x = request.velocity
        elif request.direction == "backward":
            msg.linear.x = -request.velocity
        elif request.direction == "stop":
            msg.linear.x = 0.0
            msg.angular.z = 0.0
            self.publisher_.publish(msg)
            response.success = True
            return response
        else:
            response.success = False
            return response

        self.publisher_.publish(msg)
        time.sleep(request.time)
        msg.linear.x = 0.0
        msg.angular.z = 0.0
        self.publisher_.publish(msg)
        response.success = True
        return response

def main(args=None):
    rclpy.init(args=args)
    service = Service()
    rclpy.spin(service)
    rclpy.shutdown()

if __name__ == '__main__':
    main()

Explicação do código:

• Importamos as bibliotecas necessárias.
• Definimos a classe Service, que herda de Node.
• No método __init__, criamos o serviço e o publicador.
• O método custom_service_callback define a lógica de controle do robô com base nos parâmetros recebidos.
• No final, iniciamos e rodamos o nó ROS2.

Implementação do Cliente de Serviço

Crie e edite o arquivo movement_client.py com o seguinte conteúdo:

from custom_interfaces.srv import Move
import rclpy
from rclpy.node import Node
import sys

class ClientAsync(Node):
    def __init__(self):
        super().__init__('move_client')
        self.client = self.create_client(Move, 'move')
        while not self.client.wait_for_service(timeout_sec=1.0):
            self.get_logger().info('service not available, waiting again...')
        self.req = Move.Request()

    def send_request(self):
        self.req.direction = str(sys.argv[1])
        self.req.velocity = float(sys.argv[2])
        self.req.time = int(sys.argv[3])
        self.future = self.client.call_async(self.req)

def main(args=None):
    rclpy.init(args=args)
    client = ClientAsync()
    client.send_request()

    while rclpy.ok():
        rclpy.spin_once(client)
        if client.future.done():
            try:
                response = client.future.result()
            except Exception as e:
                client.get_logger().info('Service call failed %r' % (e,))
            else:
                client.get_logger().info('Response state %r' % (response.success,))
            break

    client.destroy_node()
    rclpy.shutdown()

if __name__ == '__main__':
    main()

Explicação do código:

• Importamos as bibliotecas necessárias.
• Definimos a classe ClientAsync, que herda de Node.
• No método __init__, criamos o cliente de serviço e esperamos que o serviço esteja disponível.
• O método send_request envia a solicitação ao serviço com os parâmetros fornecidos.
• No final, iniciamos e rodamos o nó ROS2.

Criando o Arquivo de Lançamento

cd ~/ros2_ws/src/movement_pkg
mkdir launch
cd launch
touch movement_server_launch_file.launch.py
chmod +x movement_server_launch_file.launch.py

Edite o arquivo movement_server_launch_file.launch.py com o seguinte conteúdo:

from launch import LaunchDescription
from launch_ros.actions import Node

def generate_launch_description():
    return LaunchDescription([
        Node(
            package='movement_pkg',
            executable='movement_server',
            output='screen'),
    ])

Este arquivo de lançamento define um nó que executa o servidor de movimento.

Então sua estrutura de pastas e arquivos deve ficar assim:

Modificação do arquivo setup.py

Atualize o arquivo setup.py com o seguinte conteúdo:

from setuptools import setup
import os
from glob import glob

package_name = 'movement_pkg'

setup(
    name=package_name,
    version='0.0.0',
    packages=[package_name],
    data_files=[
        ('share/ament_index/resource_index/packages',
            ['resource/' + package_name]),
        ('share/' + package_name, ['package.xml']),
        (os.path.join('share', package_name), glob('launch/*.launch.py'))
    ],
    install_requires=['setuptools'],
    zip_safe=True,
    maintainer='user',
    maintainer_email='user@todo.todo',
    description='TODO: Package description',
    license='TODO: License declaration',
    tests_require=['pytest'],
    entry_points={
        'console_scripts': [
        'movement_server = movement_pkg.movement_server:main',
        'movement_client = movement_pkg.movement_client:main'
        ],
    },
)

Este arquivo define a configuração do pacote, incluindo as entradas do console que apontam para nossos scripts Python.

Compilação e Execução

Compile o pacote movement_pkg:

cd ~/ros2_ws
colcon build --packages-select movement_pkg
source ~/ros2_ws/install/setup.bash

Lançando o Servidor

No primeiro terminal, execute:

ros2 launch movement_pkg movement_server_launch_file.launch.py

Executando o Cliente

No segundo terminal, execute:

source ~/ros2_ws/install/setup.bash
ros2 run movement_pkg movement_client left 0.2 5

No segundo terminal você verá:

Enquanto no primeiro terminal aparecerá:

Isso indica que o serviço foi realizado corretamente.

Na janela do Gazebo, você pode ver o robô se movimentando pelo ambiente.

<figure7>

Outras opções, além de left, são right, forward, backward. Experimente mudar os parametros do comando anterior variando também a velocidade e a duraçao do movimento do robô (respectivamente segundo e terceiro parametros do comando).

Conclusão

Esperamos que este tutorial tenha sido útil e que você tenha aprendido como criar serviços personalizados no ROS2 e controlar o movimento de um robô. Se você gostou deste conteúdo, considere explorar mais recursos do ROS2 e experimentar novas possibilidades para expandir suas habilidades em robótica.

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