SWD Starter Kitを使ってみた

SWD Starter KitはezWheel社が開発しているAGV/AMR向けのギヤモーター、モータードライバーが一体化されている製品です。ROS用のドライバソフトも提供されています。
国内ではIDEC株式会社が販売しています。

「安全自律走行ホイール」という事で、セーフティレーザスキャナとセーフティドライブをセットにすることで、安全規格(ISO3691-4)に適合するAMR/AGVの開発をサポートします。

今回、お勉強用にSWD Starter Kitを購入し自律移動ができるように設定しました。幾つかトラブルポイントも有りましたので本投稿にまとめました。

配線の接続

今回購入したのは自律移動コントローラが付属していないモデル(EZSK-CORE.14/WOID)です。簡単なSLAMができる産業用PCがついたモデルもありますが、色々と試す目的で購入していますのでコントローラは別途選定しました。

産業用PC無しモデルの場合、セーフティレーザスキャナ(SE2L)と接続するためのEthernetケーブル、モータードライバと接続するためのCANケーブルが付属していないため下記のものを手配しました。

コントローラ用PCにはUSB-CAN変換アダプタを使用しました。

用途	品番	URL
SE2L用イーサネットケーブル	SE9ZHS2XCD13	https://www.monotaro.com/p/0951/4077/
SE2L設定用 microUSB ケーブル	---	---
CANケーブル	航空コネクタ M12 5ピン	https://www.amazon.co.jp/dp/B07JZLHMMJ
D-SUB9ピン ハウジング	---	https://www.amazon.co.jp/dp/B07G4PK97N
CAN-USBインタフェース	PCAN-USB IPEH-002021	https://www.gailogic.co.jp/ae/can_pcif/pcan_usb

CAN-USBインタフェースはinnomakerのUSB2CAN-Cでも動作しましたが、コントローラPCを再起動したとき再接続できない事がたまにあるみたいです。業務などで使用する場合はPCAN-USB等のちゃんとした物を使用したほうが良さそうです。

CANケーブルの加工

購入した航空コネクタはM12コネクタの反対側はバラ線になっているのでD-SUB9ピンのコネクタを取り付けます。
M12コネクタとPCAN-USBのD-SUB9のピン配置は下記の様になっています。(USB2CAN-Cのピン配置も同じでした。)

D-SUB9コネクタハウジング内で、CAN_HとCAN_Lの間に終端抵抗120Ωを取り付けています。

コントローラPCの設定

ez-WheelをROSから制御するためのドライバはgithubで公開されています。ROS 2(Foxy or Galactic)/ROS(noetic)に対応していますが、今回はnoeticで動かしました。

ROS noeticのインストール

コントローラ用PCにubuntu 20.04をインストールした後、こちらを参考にnoeticのインストールします。

ユーザ名は swd_sk とします。ユーザ名はSWDドライバサービスを起動する時に指定されるため、これ以外のユーザ名で起動すると上手く動作しません。ユーザ名をswd_sk以外に設定した場合、systemdの設定ファイル（/etc/systemd/system/ezw-*）に記載されている実行ユーザ名を変更します。

CAN-IFの設定

USBポートにCAN-IFを接続した状態で行わないとエラーになります。

ドライバをインストール。

$ sudo -E apt update
$ sudo -E apt-get install can-utils
$ sudo modprobe can
$ sudo modprobe can_raw

IFの設定

$ sudo ip link set can0 type can bitrate 1000000
$ sudo ip link set up can0

疎通確認

SWD Starter Kitと接続し

$ candump can0 | grep 7F

と打って、データが流れてきたらOKです。

セーフティレーザスキャナ(SE2L)の設定

設定方法はこちらのドキュメントに記載されています。

SE2LのIPアドレス設定、保護エリア設定はSLS Project Designerを起動し、取得した設定ファイル StarterKit_IDEC.hucx を読み込んでSE2Lに書き込みます。

SE2LとSLS Project Designerを使うWindowsPCは、SE2Lのフロントカーバを外したところにあるmicroUSBコネクタを使って接続します。

書き込みステップの１つ前の確認画面にて、複数のタブの内容を全て表示して確認しないと、書き込みボタンがEnableになりません。

SWDドライバのインストール

githubのREADME記載に従ってドライバのインストールを行います。

リポジトリ設定とパッケージのインストール

$ echo "deb http://packages.ez-wheel.com:8081/apt-repo focal main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/ez-wheel.list
$ wget -qO - http://packages.ez-wheel.com:8081/archive.key | sudo apt-key add –
$ sudo -E apt update && sudo -E apt install swd-services ros-noetic-swd-ros-controllers swd-system-config-2wheels

環境変数の設定

ライブラリパスの設定

$ echo 'export LD_LIBRARY_PATH=${LD_LIBRARY_PATH}:/opt/ezw/usr/lib' >> ~/.bashrc

DBUSの設定

$ echo 'export $(cat /tmp/SYSTEMCTL_dbus.id)' >> ~/.bashrc

動作の確認

再起動後、swd_diff_drive_controllerノードを起動してみます。

$ roslaunch swd_ros_controllers swd_diff_drive_controller.launch

/swd_diff_drive_controller/cmd_velにTwistコマンドを送信し、モーターが回転することを確認します。もし回転しない場合、dbus-launchコマンド実行結果と、環境変数に設定されている値が同じか確認してください。

SLAMをしてみる

swd_starter_kit_bringupリポジトリに、hector-slamで環境地図を作成するためのlaunchファイルが登録されています。

パッケージの取得とビルド

$ sudo -E apt install git ros-noetic-urg-node ros-noetic-teleop-twist-joy \
  ros-noetic-hector-mapping ros-noetic-rosbridge-server ros-noetic-tf2-web-republisher \
  --no-install-recommends
$ mkdir -p ~/catkin_ws/src
$ cd ~/catkin_ws/src
$ git clone https://github.com/ezWheelSAS/swd_starter_kit_bringup.git
$ git clone https://github.com/ezWheelSAS/swd_robot_manager.git
$ cd ~/catkin_ws
$ catkin build

ゲームパッドのパラメータ変更

今回は台車をリモートから操作するためのエレコムのゲームパッドを使用しました。

swd_starter_kit_bringupに含まれる設定では xbox のコントローラを使うように設定されているので次の様の変更します。

swd_starter_kit_bringup/launch/starter_kit.launch

  <node pkg="teleop_twist_joy" name="teleop_twist_joy"
  type="teleop_node">
    <param name="joy_config" value="$(arg joy_config)" />
※  <param name="enable_button" value="4" />         
※  <param name="enable_turbo_button" value="5" />
    <param name="axis_linear" value="1" />
※  <param name="axis_angular" value="0" />
※  <param name="scale_linear" value="0.4" />
※  <param name="scale_angular" value="0.4" />
    <param name="scale_linear_turbo" value="1.0" />
    <param name="scale_angular_turbo" value="0.8" />
    <remap from="/cmd_vel" to="/swd_diff_drive_controller/cmd_vel" />
  </node>

scale_linearとscale_angularはデフォルト設定だとSWDの速度制限に引っかかるので遅めに変更しました。
制限値はswd_diff_drive_controllersのlaunchファイルの設定で変更できます。

メーカーの資料によると、ギヤの減速比が14:1で、モーターの回転リミットは1800rpm、減速後のホイール回転で130rpmです。starter kitのデフォルト設定はホイール回転制限75rpm、ホイールは直径125mmなので速度は約0.49m/secとなります。

SLAM実行

$ cd ~/catkin_ws
$ source devel/setup.bash
$ roslaunch swd_starter_kit_bringup starter_kit.launch

ゲームコントローラで台車を移動させると地図が作成できます。会社のオフィス内を一周回った時の地図をrvizで表示すると下記のような地図が確認できました。

おわりに

SWD Starter Kitを立ち上げるために必要なケーブルと、コントローラPC設定方法についてまとめました。作業時間１日ぐらいで、SLAMで地図を作成するところまでできました。

今回は地図を作成するところまでですが、次回はナビゲーション用ソフトを載せて自律移動させてみます。