【Ruby】RubyでROSを動かしてみた

Last updated at 2024-11-10Posted at 2024-11-10

九州工業大学　田中和明研究室の大学院生です。Rubyと産業用ロボットに関する研究に携わっています。

背景

ROSでロボットを動かす場合、一般的にはPythonやC++を使用したプログラムが基本です。また、ROSは主にUbuntu上で動作し、ターミナル操作やUNIX系コマンドの習得が初心者にとって大きなハードルとなっています。これらの理由から、ROSの活用には開発環境の習得に時間を要することが多いです。

そこで、今回の提案は、Windows環境でRubyを使用し、Ubuntu上のROSを簡単に操作できるライブラリの開発です。これにより、ROSの操作がより直感的かつ簡単になり、プログラミング初心者やターミナル操作に不慣れなユーザーでもROSを扱いやすくなります。

RubyでROSを扱うことができる

動作環境

ROS noetic
Ubuntu 20.04LTS
Ruby 3.3.3
Windows11
実機　6軸多関節ロボット:安川電機製 motomini

OS	version
Ubuntu	20.04LTS
windows	11

software	version
ROS	noetic
Ruby	3.3.3

開発環境のセットアップ

システム構成図

ROSの環境構築手順

ubuntu20.04LTSにROS(noetic)をインストール(python3のインストールとcatkin buildが使えるようにしてください。)
https://wiki.ros.org/noetic/Installation/Ubuntu
以下必要なパッケージ
https://wiki.ros.org/Industrial/Install

sudo apt-get install ros-noetic-industrial-core
sudo apt-get install ros-noetic-abb
sudo apt-get install ros-noetic-ros-canopen
sudo apt install ros-noetic-moveit
sudo apt install ros-noetic-moveit-ros-visualization

ROS-Bridgeをインストール

sudo apt update
sudo apt install ros-noetic-rosbridge-suite

ROS-Bridgeの起動を確認

roslaunch rosbridge_server rosbridge_tcp.launch

外部のPCからアクセスするためにポート開放を行う（デフォルトではポートは9090）

sudo ufw allow 9090/tcp

Rubyの環境構築

Windows11にRubyをインストール
https://qiita.com/aomrikti/items/e0a8a900dfc687c40319#:~:text=Windows11

RubyとROS間の通信

今回はRubyとROS間の通信はTCP通信を用いました。そして、データはJSON形式で送受信します。

ROS-Bridgeを使った通信

Ubuntu側でROS-Bridgeを起動しておきます。

roslaunch rosbridge_server rosbridge_tcp.launch

github以下URLからクローンして以下のコードと同一フォルダ内にros_service_tcp.rbを置いておきます。
[URL]
Windows側でRubyコードを実行して通信ができているか確認します。

require './ros_service_tcp.rb'

robot1 = Robot.new('xxx.xxx.xxx', 9090) #ROSのIPアドレス
robot1.connect
robot1.disconnect

ロボットの設定

まずは安川電機のロボットをgit cloneしてくる。
※他の産業用ロボットでも可(FANUC,Kawasaki,ABB等)
https://github.com/ros-industrial/motoman

# change to the root of the Catkin workspace
cd $HOME/catkin_ws/src

# retrieve the latest development version of motoman.
git clone https://github.com/ros-industrial/motoman.git

# check build dependencies. Note: this may install additional packages,
# depending on the software installed on the machine
rosdep update

# be sure to change 'noetic' to whichever ROS release you are using
cd $HOME/catkin_ws
rosdep install --from-paths src/ --ignore-src --rosdistro noetic

# build the workspace (using catkin_tools)
catkin build

シミュレーションで行う場合

git cloneしてきたワークスペースで以下を実行

cd catkin_ws
source devel/setup.bash

roslaunch motoman_ma2010_moveit_config demo.launch

画像のようなロボットが表示されれば成功！

※motominiを使う場合は以下を参考にmoveit_configを作成し実行する
https://wwwms.meijo-u.ac.jp/kohara/technicalreport/ros_motoman_gp8_setup

roslaunch motoman_motmomini_moveit_config demo.launch

画像のようなロボットが表示されれば成功！

実機で行う場合(motomanの例)

以下を参考にlaunchファイルを生成する

実機のコントローラの設定を以下を参考に行う
https://wiki.ros.org/motoman_driver/Tutorials/indigo/InstallServer
実機のlaunchファイルを生成する
https://wwwms.meijo-u.ac.jp/kohara/technicalreport/ros_motoman_gp8_setup

Rubyでトピックにデータを送る

今回は、6軸多関節ロボットで検証してみます。トピック /move_group/goalに各関節角を送信し、ロボットを動かしてみました。

ros bridgeを起動

roslaunch rosbridge_server rosbridge_tcp.launch

別のターミナルで以下を実行(例：motomini)

roslaunch motoman_motmomini_moveit_config demo.launch

windows側でrubyを実行
以下のプログラムと同じディレクトリにプログラム(ros_tcp.rb)を配置しておく。rubyプログラムを以下からgit cloneしてくる。
https://github.com/mruby-lab/ros-ruby.git

require './ros_tcp.rb'

robot1 = Robot.new('xxx.xxx.x.xx', 9090)
robot1.connect

# メッセージを準備
# グループ名と各関節の名前はロボットによって適宜変更してください
request_message = {
  goal: {
    request: {
      group_name: 'motomini',  # ロボットアームのグループ名
      goal_constraints: [{
        joint_constraints: [
          { joint_name: 'joint_1_s', position: 1.0 },
          { joint_name: 'joint_2_l', position: 0.0 },  # joint_2_lの目標位置
          { joint_name: 'joint_3_u', position: 0.0 },  # joint_3_uの目標位置
          { joint_name: 'joint_4_r', position: 0.0 },  # joint_4_rの目標位置
          { joint_name: 'joint_5_b', position: 0.0 },  # joint_5_bの目標位置
          { joint_name: 'joint_6_t', position: 0.0 }   # joint_6_tの目標位置
        ]
      }]
    }
  }
}

robot1.send_msg('/move_group/goal', request_message, 1)
robot1.disconnect

プログラムros_tcp.rbの説明

クラス名: `Robot`

概要

[ROSとの通信制御、ロボットへのデータ送受信、ROSの機能の呼び出し]

Robotクラスのクラス図

クラス変数 :

変数名	型	説明
`host`	`string`	ROSのIPアドレス
`port`	`int`	TCP通信のポート番号
`socket`	`no`	TCP通信のソケット
`logger`	`no`	ログ出力

属性（Attributes）:
- host: ロボットへの接続先ホスト名またはIPアドレス（String）。
- port: ロボットへの接続ポート番号（Integer）。
- socket: TCPSocketオブジェクト（接続用ソケット）。
- logger: Loggerオブジェクト（ログ出力用）。
メソッド（Methods）:
- initialize(host, port): クラスの初期化メソッド。ホストとポートを受け取ってインスタンスを初期化します。
- connect(): ロボットに接続します。
- disconnect(): ロボットから切断します。
- receive_msg(topic_name): 特定のトピックからメッセージを受信します。
- list_topics(): 利用可能なトピックのリストを取得します。
- service(service_name): 特定のサービスを呼び出します。
- topic_exists?(topics, topic_name): トピックが存在するかを確認します。
- send_msg(topic_name, message, n): 特定のトピックにメッセージを送信します。引数のnは送信する回数基本1でよい

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