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@suzakutakumi3(朱雀 匠)

実機環境やDocker、WSLを使用したROS2の環境構築【rqt対応】

Last updated at Posted at 2024-10-25

前書き

研究室でROS2の勉強会をすることになりましたので環境構築についてまとめます。

勉強会では様々なOSを使用することを想定しているのですが、OSによってはROS2を直接インストールができません。
そのためDocker、WSLを用いてUbuntu環境を構築し、その後にROS2のインストールをすることにしました。

目的の環境

以下が使用できる環境を目的とします。

  • ROS2(基本はFoxy)
  • colcon
  • GUIツール(本記事ではrqtを対象)

インストール方法

環境構築の方法は下記のとおりです。
自分の使用OSにあった方法で環境構築をしてください。

  1. 実機環境にROS2 Foxyをインストール(Ubuntu 20)
  2. 実機環境にFoxy以外のバージョンのROS2をインストール(Ubuntu 22, 24)
  3. WSLを使用する(Windows 10, 11)
  4. Dockerを使用する(どのOSもOK)

方法1. 実機環境にROS2 Foxyをインストール

対象: Ubuntu 20

通常のROS2のインストールです。
詳しくは公式ドキュメントを参照ください。

# ROS2のaptリポジトリを追加
sudo apt install software-properties-common -y
sudo add-apt-repository universe

sudo curl -sSL https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/ros.key -o /usr/share/keyrings/ros-archive-keyring.gpg
echo "deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/usr/share/keyrings/ros-archive-keyring.gpg] http://packages.ros.org/ros2/ubuntu $(. /etc/os-release && echo $UBUNTU_CODENAME) main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/ros2.list > /dev/null

# ROS2のインストール
sudo apt update && sudo apt upgrade -y

sudo apt install ros-foxy-desktop -y
sudo apt install python3-argcomplete -y
sudo apt install ros-dev-tools -y

# sourceコマンドをbashrcに追加(任意)
echo "source /opt/ros/foxy/setup.bash" >> ~/.bashrc

~/.bashrcにsourceコマンドを追加した方はターミナルを開き直してください。

方法2. 実機環境にFoxy以外のバージョンのROS2をインストール

対象: Ubuntu 22(未検証), Ubuntu 24(未検証)

Ubuntu 22, 24を使用しているのならば、ROS2の他のバージョンを入れるのが楽です。
22ならHumble(ドキュメント)、24ならJazzy(ドキュメント)をインストールしてください。

インストール方法はFoxyとほぼ差異は無く、foxyと書かれている部分をhumbleまたはjazzyに置き換えるだけです。

方法3. WSLを使用する

対象: Windows 10(未検証), Windows 11

以下の引用にあるとおり、WSLではWindows上でLinuxが動かせます。

WSLを使うと、Windows コンピューター上で Linux 環境を実行でき、別の仮想マシンやデュアル ブートは必要ありません。 (Microsoft公式サイトより引用)

Windows上でUbuntuを動かし、そこでROS2をインストールします。
WSL2ならばGUIも動作するので、rqtなどのGUIツールも動きます。

WSLのインストール

PowerShell上で以下のコマンドを実行してUbuntu 20.04をインストールします。

powershell
wsl --install -d Ubuntu-20.04

※今後長くWSLを使用する場合は、Ubuntu 20ではなく22や24をインストールした方が良いかもしれません。

WSLの起動

以下のコマンドからUbuntuに入ることができ、初回起動時には設定するユーザ名やパスワードが聞かれます。

powershell
wsl

ROS2のインストール

その後のインストールは実機環境にROS2 Foxyをインストールと同様です。

方法4. Dockerを使用する

対象: Intel Mac, Apple Silicon Mac, Ubuntu(20のみ検証済み), Windows(未検証）, 他Dockerが動く環境?

以下の引用にあるとおり、Dockerを使用することで、仮想化したOSを実機のパソコン上で開発・実行できます。

Dockerはコンテナ仮想化を用いたOSレベルの仮想化によりアプリケーションを開発・実行環境から隔離し、アプリケーションの素早い提供を可能にする。かつその環境自体をアプリケーションと同じようにコード（イメージ）として管理可能にする。(Wikipediaより引用)

Dockerを使用してROS2インストール済みのUbuntuを動かします。

ROS2のみの実行ならば既にros:foxyというイメージがあるので問題がないのですが、
今回はrqtなどのGUIツールを動作させるために、色々と追加で記載しています。

Dockerのインストール

以下を参考にDockerをインストールしてください。
Docker Desktopのインストールすると簡単に必要なDockerの機能がインストールされます。
https://docs.docker.com/engine/install/

ワークスペースとDocker関連ファイルの作成

実機PC上で任意の名前のワークスペースを作成します。

mkdir workspace
cd workspace

workspaceの中にDockerfileとdocker-compose.ymlを追加します。

Dockerfile
FROM ros:foxy

RUN apt update

RUN apt install ros-foxy-rqt* -y
RUN apt install ros-foxy-turtlesim -y

RUN apt install nano curl -y
RUN apt install wget -y

RUN touch /root/.bashrc
RUN echo "umask 0000" >> /root/.bashrc
RUN echo "source /opt/ros/foxy/setup.bash" >> /root/.bashrc
docker-compose.yml
services:
  ros2:
    container_name: ros2
    build: .
    environment:
      - DISPLAY=${DISPLAY} #Macの方はDISPLAY=host.docker.internal:0
      - QT_X11_NO_MITSHM=1
    volumes:
      - ./:/tmp/ros2_common_ws/
      - /tmp/.X11-unix:/tmp/.X11-unix:rw
    tty: true
    working_dir: /tmp/ros2_common_ws
    network_mode: host

ここまでのワークスペースの作成からDocker関連のファイル作成が面倒くさい人は以下のリポジトリをクローンしてください。
https://github.com/suzakutakumi/ros2_common_ws

GUIを使用するための環境構築(Macのみ)

XQuartzのインストール・設定

下のURLからXQuartzのインストールを行ってください。
https://www.xquartz.org/

XQuartzの[設定]->[セキュリティ]からAllow connections from network clientsにチェックを入れてください。
その後、設定を反映させるためXQuartzを再起動してください。
※セキュリティを気にする方は、使用後はこの設定を元に戻してください。

docker-compose.ymlの変更

docker-compose.ymlのDISPLAYを以下のように変更してください。

environment:
  - DISPLAY=host.docker.internal:0
  - QT_X11_NO_MITSHM=1

ビルド

以下のコマンドを入力してビルドしてください。

docker compose build

起動(パソコン起動時に毎回実行)

パソコン起動時に必要な設定とコンテナの起動を行います。

以下のコマンドを入力してください。

xhost + local:root #Macの場合はxhost + localhost
docker compose up -d

次にDocker Desktopをインストールした方はDocker Desktop実行して、Dockerコマンドを使えるようにします。

Ubnutuのターミナルに入る

以下のコマンドを実行するとROS2がインストールされたUbuntu内のターミナルに入れます。

docker compose exec ros2 /bin/bash

終了する場合はCtrl+Dやexitコマンドで終了できます。

ファイルの同期

実機環境のワークスペース内と仮想環境の/tmp/ros2_common_ws/は同期しています。

例えば、実機環境でファイルを作成します。

実機環境(ワークスペース内)
echo "volume test" > volume_test.txt
cat volume_test.txt

すると、仮想環境内でもプログラムファイルが作成されます。

仮想環境
ls
cat volume_test.txt

これによって、実機環境でコーディングし、仮想環境で実行をすることができます。

余談

VSCodeのdevcontainerについて VSCodeの拡張機能であるdevcontainerを使えば、仮想環境上でVSCodeを開くことができます。

devcontainerをインストール後に、ワークスペースで以下を実行します。

mkdir .devcontainer
touch devcontainer.json

そして、.devcontainer/devcontainer.jsonに以下の内容を書き込みます。

devcontainer.json
{
	"dockerComposeFile": "../docker-compose.yml",
	"service": "ros2",
	"workspaceFolder": "/tmp/ros2_common_ws"
}

その後、VSCodeでワークスペースをディレクトリ指定して開きます。
開いたVSCodeの左下にある><マークをクリック。
image.png

Reopen in Containerをクリックすれば、VSCodeが再度開き直してコンテナ内のワークスペースになります。

VSCodeからターミナルを開けばコンテナ内のターミナルになるので、一々docker compose execを打たずに済みます。

動作テスト

環境構築がうまく行ったかテストを行います。

テストのための準備

プログラムのビルドや実行をするディレクトリであるワークスペースを作成します。
場所やディレクトリ名は任意です。
(Dockerでの環境構築をした方は作成済み)

mkdir workspace
cd workspace

ワークスペース内に、srcディレクトリを作成します。

mkdir src

パッケージ作成

以下のコマンドを実行してパッケージを作成します。

cd src/
ros2 pkg create --build-type ament_python --node-name example_node example_pkg

going to create a new packageから始まるメッセージが表示され、
src下にexample_pkgというディレクトリが作成されれば正常に実行されています。

失敗した場合は、ros2コマンドのインストールがうまく行っていない可能性が高いです。

ビルド

以下のコマンドからビルドを行ってください。

cd .. #srcにいる場合
colcon build

以下が表示され、エラーが出ていなければビルド成功です。

Starting >>> example_pkg
Finished <<< example_pkg [2.99s]

Summary: 1 packages finished [3.62s]

失敗した場合は、colconコマンドのインストールがうまく行っていない可能性が高いです。

実行

新しく開いたターミナルや新しいパッケージの作成後には以下のコマンドを実行してください。

source install/setup.bash

その後、サンプルプログラムの実行を行います。

ros2 run example_pkg example_node

Hi from example_pkg.と表示されれば無事実行されています。

実行2

今度は、PublishするプログラムとSubscribeするプログラムをそれぞれ起動させます。

srcに移動し、テスト用パッケージのリポジトリをクローンしてください。

cd src/
git clone https://github.com/suzakutakumi/pubsub_example.git

workspaceに移動してビルドを行います。

cd ..
colcon build

まずSubscribeするプログラムを実行します。
起動するとSubscriber node has been started.が表示されて待ち状態になります。

ターミナル1
source install/setup.bash
ros2 run pubsub_example subscriber_node

次にPublishするプログラムを実行します。
別ターミナルを起動して以下のコマンドを実行してください。
起動するとPublisher node has been started.が表示されて入力待ち状態になります。

ターミナル2
source install/setup.bash
ros2 run pubsub_example publisher_node

ターミナル2に文字列を入力してEnterを押し、ターミナル1にその文字列が表示されれば成功です。
実行を止める場合には、各ターミナルでCtrl+Cを押してください。

rqtのテスト

実行テスト2の2つのプログラムを実行している状態で、別ターミナルで以下のコマンドを実行してください。

ターミナル3
rqt

画面が表示されたら、左上の[Plugins]->[Introspection]->[Node Graph]を押します。
そうすると以下のような画面が表示されます。
(表示されない場合はNodes onlyの左隣のボタンを押してください)
image.png

最後に

勉強会のために作成したこの資料ですが、未検証の部分もまだあるので、問題があればご指摘ください。
また、Docker関連などの語彙や誤解を招く文章があれば、そちらも教えていただけるとありがたいです。

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