はじめに

最近ROSを扱うよう司令が出ました。
何ができるのか確認するため、まずVagrant上でサンプルを動かしてみます。
最終的に、複数のVirtualBox上にROSノードを分散させて、サンプルを動かすところまでやります。

この記事の内容

Ubuntu-14.04のインストール
ROS indigoのインストール
turtlesim (ROSサンプル) を動かしてみる
仮想環境を複製する
複製した仮想環境で別々にROSノードを起動する

実施環境

Mac OS Sierra v10.12.2
Vagrant 1.8.7
VirtualBox 5.1.8

ROSとは

ROS Wikiより

ROS (Robot Operating System)はソフトウェア開発者のロボット・アプリケーション作成を支援するライブラリとツールを提供しています. 具体的には, ハードウェア抽象化, デバイスドライバ，ライブラリ，視覚化ツール, メッセージ通信，パッケージ管理などが提供されています.

ロボットなど機械制御のアプリケーション作成を支援するフレームワーク／ミドルウェアです。OSと名がついていますが、どちらかというと、ノード間通信プロトコルとしての側面が強いです。また、ROSに準拠したノードがすでにたくさん公開されており、それらを利用することで簡単にロボットアプリケーションを作成できるライブラリ群としても利用できます。

単一ホストでサンプル実行

VagrantでUbuntu-14.04を準備

Ubuntu-14.04のBoxをダウンロード

参考1：Vagrant+VirtualBoxでUbuntu環境構築 - Qiita
参考2：【Mac】vagrantでrosを使えるまで - Qiita

以下からBoxを探します。
A list of base boxes for Vagrant - Vagrantbox.es
今回は Ubuntu 14.04 (based on amd64 server iso file) を利用しました。（ROS Indigoがサポートする最新版が14.04のため）

vagrantにadd

vagrantにaddしますが、エラーが出ます。

$ vagrant box add ubuntu-14.04 https://github.com/kraksoft/vagrant-box-ubuntu/releases/download/14.04/ubuntu-14.04-amd64.box
==> box: Box file was not detected as metadata. Adding it directly...
==> box: Adding box 'ubuntu-14.04' (v0) for provider:
    box: Downloading: https://github.com/kraksoft/vagrant-box-ubuntu/releases/download/15.04/ubuntu-14.04-amd64.box
An error occurred while downloading the remote file. The error
message, if any, is reproduced below. Please fix this error and try
again.

どうやら下記によれば、vagrantのバグとのこと。curlを使用不可にしてから再度実行すると成功しました。
参考：Vagrant1.8.7でbox addがエラーになる – ただいま名刺を切らしておりまして

$ sudo mv /opt/vagrant/embedded/bin/curl /opt/vagrant/embedded/bin/curl.bak
$ vagrant box add ubuntu-14.04 https://github.com/kraksoft/vagrant-box-ubuntu/releases/download/14.04/ubuntu-14.04-amd64.box

vagrantでUbuntu起動

ディレクトリを切り、Vagrantfileを作成します。

$ mkdir ~/Vagrant/ros_sample
$ cd ~/Vagrant/ros_sample
$ vi Vagrantfile

今回は複数ホストにノードを分散させたり、外からアクセスさせたりしたかったのでVagrantfile(その２)のようにしましたが、同一ホストで動かすだけならVagrantfile(その１)だけで大丈夫と思います。

IPを192.168.33.10に
ROSの使用ポート11311をホストからゲストにフォワード

Vagrantfile(その１)

# -*- mode: ruby -*-
# vi: set ft=ruby :

Vagrant.configure(2) do |config|
  config.ssh.forward_agent = true
  config.vm.box_url = "https://cloud-images.ubuntu.com/vagrant/trusty/current/trusty-server-cloudimg-amd64-vagrant-disk1.box"
  config.vm.box = "ubuntu14.04"
end

Vagrantfile(その２)

# -*- mode: ruby -*-
# vi: set ft=ruby :

Vagrant.configure(2) do |config|
  config.ssh.forward_agent = true
  config.vm.box_url = "https://cloud-images.ubuntu.com/vagrant/trusty/current/trusty-server-cloudimg-amd64-vagrant-disk1.box"
  config.vm.box = "ubuntu14.04"
  config.vm.network "private_network", ip: "192.168.33.10"
  config.vm.network :"forwarded_port", guest: 11311, host: 11311 # ROSの使用ポート
end

起動してSSHで接続します。

$ vagrant up
$ vagrant ssh

GUI関連のインストール

サンプル(turtlesim)がGUI環境で動くので、GUI関連の設定を整えます。
参考2に記載のある通りにインストールしていくと、ラスト2行（コメントアウトの行）は、その前のインストールの途中で自然とインストールされたので、スキップしました。

$ sudo apt-get install -y xfce4
$ sudo add-apt-repository ppa:gnome3-team/gnome3
$ sudo apt-get update
$ sudo apt-get install -y gnome-shell ubuntu-desktop
$ # sudo apt-get install gdm
$ # sudo dpkg-reconfigure gdm

Ubuntu上にROSをインストール

参考：ja/indigo/Installation/Ubuntu - ROS Wiki

時刻設定

なくてもいいかもですが、参考2の通りに設定しておきました。

$ sudo apt-get install -y chrony
$ sudo ntpdate ntp.nict.jp

ROSリポジトリと公開鍵の追加

公開鍵はhttps://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/ros.keyから取得する流儀もあるようです。

$ sudo sh -c 'echo "deb http://packages.ros.org/ros/ubuntu $(lsb_release -sc) main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'
$ wget http://packages.ros.org/ros.key -O - | sudo apt-key add -

ROSのインストール

ROS Wikiによると、sudo apt-get install ros-indigo-***は、幾つか選択肢があるらしいです。好みに合わせて変えてください。

すべてのデスクトップ環境のインストール (推奨) : ros-indigo-desktop-full
デスクトップ環境のインストー : ros-indigo-desktop
ROSベース (最小構成) : ros-indigo-ros-base

$ sudo apt-get update
$ sudo apt-get install -y ros-indigo-desktop-full

依存関係rosdepの初期化

$ sudo rosdep init
$ rosdep update

環境設定

$ echo "source /opt/ros/indigo/setup.bash" >> ~/.bashrc
$ source ~/.bashrc

rosinstallのインストール

$ sudo apt-get install -y python-rosinstall

環境変数のロード

$ source /opt/ros/indigo/setup.bash

ROSワークスペースの作成と初期化

$ mkdir -p ~/catkin_ws/src
$ cd ~/catkin_ws/src
$ catkin_init_workspace
$ cd ~/catkin_ws/
$ catkin_make
$ source ~/catkin_ws/devel/setup.bash

ROS環境設定

.bashrcにROS用の設定を追加して読み込み。

$ vi ~/.bashrc
$ source ~/.bashrc

Vagrantfileと同様、同一ホストで動かすだけなら.bashrc(その１)で大丈夫だと思います。今回は複数ホストにノードを分散させるため、今回は.bashrc(その２)のようにしました。

ちなみに、末尾にsource /opt/ros/indigo/setup.bashの記載があるはずですが、これはsource ~/catkin_ws/devel/setup.bashへ書き換えちゃうのが正解みたいです。

.bashrc(その１)

source ~/catkin_ws/devel/setup.bash

export ROS_HOSTNAME=localhost
export ROS_MASTER_URI=http://${$ROS_HOSTNAME}:11311
export DISPLAY=:0

alias cw='cd ~/catkin_ws'
alias cs='cd ~/catkin_ws/src'
alias cm='cd ~/catkin_ws && catkin_make'

$ROS_IPはVagrantfileと合わせます。

.bashrc(その２)

source ~/catkin_ws/devel/setup.bash

export ROS_IP=192.168.33.10
export ROS_MASTER_URI=http://192.168.33.10:11311
export DISPLAY=:0

alias cw='cd ~/catkin_ws'
alias cs='cd ~/catkin_ws/src'
alias cm='cd ~/catkin_ws && catkin_make'

サンプルを動かしてみる

マスター起動

ROSマスター(roscore)を起動します。

$ roscore

操作される側のシミュレータ起動

これはGUI環境で起動してください。亀さんが出てきます。

$ rosrun turtlesim turtlesim_node

操作する側のコンソール起動

起動したら、十字キーで亀を操作できます。

$ rosrun turtlesim turtle_teleop_key

分散環境でサンプル実行

仮想環境を複製する

分散環境での実行を試してみるため、VirtualBoxを複製します。

Vagrantをパッケージ化

$ cd ~/Vagrant/ros_sample
$ vagrant package
$ vagrant box add ros_on_ubuntu-14.04 ./package.box

新しいVirtualBoxを起動

$ mkdir ~/Vagrant/ros_sample2
$ cd ~/Vagrant/ros_sample2
$ vi Vagrantfile
$ vagrant up

Vagrantfile

# -*- mode: ruby -*-
# vi: set ft=ruby :

Vagrant.configure(2) do |config|
  config.ssh.forward_agent = true
  config.vm.box_url = "file:///Users/ryosuke/Vagrant/ros_sample/package.box"
  config.vm.box = "ros_on_ubuntu-14.04"
  config.vm.network "private_network", ip: "192.168.33.11"
end

ROS環境設定の変更

.bashrcにROS用の設定を追加して読み込み。

$ vi ~/.bashrc
$ source ~/.bashrc

$ROS_IPはVagrantfileと合わせます。
$ROS_MASTER_URIは先に作成したホストのIPに合わせます。

.bashrc

source ~/catkin_ws/devel/setup.bash

export ROS_IP=192.168.33.11
export ROS_MASTER_URI=http://192.168.33.10:11311
export DISPLAY=:0

alias cw='cd ~/catkin_ws'
alias cs='cd ~/catkin_ws/src'
alias cm='cd ~/catkin_ws && catkin_make'

サンプルを動かしてみる

マスター起動

先に作成したホスト192.168.33.10で起動します。

$ roscore

操作される側のシミュレータ起動

複製したホスト192.168.33.11で起動します。先程同様、GUI環境で起動してください。

$ rosrun turtlesim turtlesim_node

操作する側のコンソール起動

先に作成したホスト192.168.33.10で起動します。

$ rosrun turtlesim turtle_teleop_key