Docker 環境で TurtleBot3 を SLAM & Navigation した際の詰まりどころ (GUI Forwarding, Volume Mount)

はじめに

この記事では、ROBOTIS e-Manual の TurtleBot3 チュートリアルを ROS 2 を Docker 環境で実行する際に、Docker の設定で自分が遭遇した問題と解決策をまとめています。

特に、SLAM で作成した地図を使って自律ナビゲーションを行う際に詰まった、以下の2点について解説します。

• GUI Forwarding: コンテナ内で RViz2 などのGUIアプリケーションを起動する設定
• Volume Mount: ホストPCとコンテナ間でファイル（地図データ）を共有する設定

対象読者

• ROS 2 と Docker の基本的な知識がある方
• TurtleBot3 の公式チュートリアルを Docker 環境で試している方
• RViz2 が起動しない、または地図ファイルが読み込めない問題に直面している方

TL;DR

• DockerコンテナでRViz2などGUIアプリを動かすには、ホストで xhost +local:docker を実行し、docker run 時に -e DISPLAY -v /tmp/.X11-unix:/tmp/.X11-unix:rw を追加する。
• Dockerコンテナからホストのファイル（地図データなど）を使うには -v /host/path:/container/path でボリュームをマウントする。

目次

• はじめに
• 対象読者
• TL;DR
• 詰まりどころと解決策
• 補足: RViz2単体でのGUI起動確認
• おわりに

詰まりどころと解決策

ナビゲーションの起動時に発生した「RViz2が起動しない」「地図が読み込めない」という2つの問題は、以下の原因によるもので、一つの docker run コマンドでまとめて解決できます。

発生した問題と原因

• 問題1: RViz2が起動しない

  qt.qpa.xcb: could not connect to display
  [ERROR] [rviz2-2]: process has died ...
  

  • 原因: Dockerコンテナが、ホストPCのグラフィックシステム（X Window System）にアクセスする権限を持っていませんでした。

• 問題2: 地図が読み込めない

  • 前提: ナビゲーションを開始する前に、SLAMで作成した地図ファイル（map.yaml, map.pgm）をホストPC上の任意のディレクトリに配置しておく必要があります。SLAMの工程で地図を作成し、map_saver_cliなどで保存した後、docker cpコマンドなどを用いてホストPCの任意のディレクトリにコピーしておきましょう。

  [global_costmap.global_costmap]: Timed out waiting for transform from base_link to map to become available...
  

  • 原因: DockerコンテナはホストPCのファイルシステムから隔離されています。そのため、ホスト上の地図ファイル (map.yaml) にコンテナがアクセスできず、地図サーバーが map フレームを publish できませんでした。

具体的な解決手順

以下のコマンドを順番に実行することで、地図ファイルをコンテナに共有し、さらにコンテナ内からGUI（RViz2）を起動できるようになります。

注意:
xhost コマンドと docker run コマンドは、同じシェルセッションで実行する必要があります。sudo を使ったり別のターミナルから実行したりすると、DISPLAY といったGUI関連の環境変数がコンテナに正しく継承されず、GUI接続に失敗します。

1. ホストPCでXサーバーへのアクセスを許可

   xhost +local:docker
   

2. Volume MountとGUI設定を含めてコンテナを起動
   以下のコマンドは、2つの問題を同時に解決するためのオプションを含んでいます。

   • -v your_host_map_directory:/root/maps: Volume Mount。ホストPCの地図ファイルが置かれているディレクトリ（例: ~/ros2_maps/）をコンテナ内の/root/mapsに同期します。your_host_map_directory はご自身の環境に合わせて変更してください。
   • -e DISPLAY と -v /tmp/.X11-unix...: GUI Forwarding。コンテナがホストのディスプレイを使えるようにします。
   • --net=host: ROS 2の通信をスムーズにするためのネットワーク設定です。

docker run -itd --net=host -e DISPLAY -v /tmp/.X11-unix:/tmp/.X11-unix:rw -v your_host_map_directory:/root/maps --name tb3-nav2 your_image

1. コンテナ内のパスでNavigationを起動
   コンテナに入り、マウントしたコンテナ内のパス (/root/maps/map.yaml) を指定してナビゲーションを起動します。

# コンテナに入る
docker exec -it tb3-nav2 bash

# ナビゲーションを起動
ros2 launch turtlebot3_navigation2 navigation2.launch.py map:=/root/maps/map.yaml

補足: RViz2単体でのGUI起動確認

ナビゲーションパッケージ全体を起動する前に、GUIフォワーディング設定が正しくできているかだけを確認すると、問題の切り分けがしやすくなります。

1. GUIフォワーディング設定をしてコンテナを起動
   上記の docker run コマンドでコンテナを起動します。

2. コンテナ内で RViz2 を直接起動
   コンテナに入り、rviz2 コマンドを実行します。

   # ホストPCで実行
   docker exec -it tb3-nav2 bash
   
   # 以下、コンテナ内で実行
   ros2 run rviz2 rviz2
   

ホストPCのデスクトップに RViz2 のウィンドウが表示されれば、GUIフォワーディングの設定は成功です。

おわりに

Docker を使うと環境構築が非常に楽になりますが、ファイルシステムやGUIなど、ホストPCとの連携部分で少し設定が必要になります。この記事で紹介した Volume Mount と GUI Forwarding は、ROS に限らず Docker を使う上で頻出のテクニックです。
この記事が、同じようにハマっている方の助けになれば幸いです。