Docker上でROSチュートリアルをやってみた

はじめに

本記事は、ubuntu 16.04 の入ったPCに Docker をインストールし、ubuntu 18.04 と ROS melodic の入った image を取得して、 Docker上で rostopic 通信をする ROS のチュートリアルをやってみた時のメモです。

対象読者の方

• ROS を使ったことがある（チュートリアルレベル）、Docker 初心者
• Dockerfile とか難しいこと言わずにコンテナ上で色々やってみたい方

準備

Docker のインストール

以下の記事を参考に、ubuntu 16.04 に Docker をインストールします。
参考記事
[Docker] ubuntu 14.04/16.04にDockerをインストール

[2020/05/01追記]
上の参考記事内でも触れられていますが，2017年に商用と無償版の Docker に分かれていたらしく，無償版は Docker CE という名前で提供されているようです．（詳しくはこちらの記事を参照）
Docker CE は下記の記事を参考にインストールしました．
Ubuntu16.04にDocker CEをインストール

Docker 実行時に sudo を必要としない設定 (Optional)

参考記事
ユーザをdockerグループに入れる
※このあとは全てこの設定をしたものとして書いています。
※必要であれば docker コマンド実行時に sudo を足してください。

ROSの入ったubuntuのimageを取得

今回は ubuntu 18.04 に ROS melodic が入った image を取得します。

$ docker pull ros:melodic

取得した image を確認は

$ docker images

でできます。

REPOSITORY          TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
ros                 melodic             9ca8b5b3f443        5 weeks ago         1.21GB

Dockerコンテナの作成

$ docker run -it --name work ros:melodic

ここではコンテナの名前を work にしてみました。

$ docker ps

を実行すると、現在起動しているコンテナ一覧を確認することができます。

CONTAINER ID        IMAGE               COMMAND                  CREATED             STATUS              PORTS               NAMES
09b23b1203b4        ros:melodic         "/ros_entrypoint.s..."   7 seconds ago       Up 6 seconds                            work

[参考] コンテナの停止、起動

コンテナの停止は起動しているコンテナ上で exit コマンドでできる。
再びコンテナを起動するときは

$ docker ps -a

で、先ほど停止したコンテナIDか名前を確認し、起動後コンテナに入ります。

$ docker start [コンテナID or 名前]
$ docker attach [コンテナID or 名前]

今回の場合は、コンテナの名前を work にしたので、

$ docker start work
$ docker attach work

でコンテナに復帰できます。

ROSチュートリアル

基本的には以下の ROS 公式のチュートリアルを Docker上で行いますが、適宜不要な箇所は省いています。

• ROSパッケージを作る
• シンプルな配信者(Publisher)と購読者(Subscriber)を書く(C++)

ROSのワークスペースの作成

先ほど作成したコンテナ上で、

$ cd ~
$ mkdir -p catkin_ws/src

packageの作成

$ cd ~/catkin_ws/src
$ catkin_create_pkg beginner_tutorials std_msgs rospy roscpp

c++ で talker と listener の node を書く

$ cd ~/catkin_ws/src/beginner_tutorials
$ mkdir src

beginner_tutorials/srcに以下の talker.cpp と listener.cpp をコピペする。(コメントは削除済)

talker.cpp

#include "ros/ros.h"
#include "std_msgs/String.h"

#include <sstream>

int main(int argc, char **argv)
{
  ros::init(argc, argv, "talker");
  ros::NodeHandle n;
  ros::Publisher chatter_pub = n.advertise<std_msgs::String>("chatter", 1000);
  ros::Rate loop_rate(10);

  int count = 0;
  while (ros::ok())
  {
    std_msgs::String msg;
    std::stringstream ss;
    ss << "hello world " << count;
    msg.data = ss.str();
    ROS_INFO("%s", msg.data.c_str());
    chatter_pub.publish(msg);
    ros::spinOnce();
    loop_rate.sleep();
    ++count;
  }

  return 0;
}

listener.cpp

#include "ros/ros.h"
#include "std_msgs/String.h"

void chatterCallback(const std_msgs::String::ConstPtr& msg)
{
  ROS_INFO("I heard: [%s]", msg->data.c_str());
}

int main(int argc, char **argv)
{
  ros::init(argc, argv, "listener");
  ros::NodeHandle n;
  ros::Subscriber sub = n.subscribe("chatter", 1000, chatterCallback);
  ros::spin();

  return 0;
}

CMakeLists.txtの編集

以下を CMakeLists.txt の末尾に追加

CMakeLists.txt

## Build talker and listener                                                                                                                                                                                
include_directories(include ${catkin_INCLUDE_DIRS})

add_executable(talker src/talker.cpp)
target_link_libraries(talker ${catkin_LIBRARIES})

add_executable(listener src/listener.cpp)
target_link_libraries(listener ${catkin_LIBRARIES})

ソースファイルのビルド

$ apt install python-catkin-tools
$ source /opt/ros/melodic
$ cd ~/catkin_ws
$ catkin build

Docker image の作成

ここまで作成したコンテナを image として保存します。
exit で現在いるコンテナから抜け、

$ docker commit work ros:melodic-tutorials

を実行すると、先ほどまで作業していた work コンテナを melodic-tutorials というタグの image として保存します。

Docker のネットワークの作成

コンテナ間で通信をするためのネットワークを作成します。

$ docker network create rosnet

ROS では同一ネットワークにコンテナを入れるだけでなく、ROS_MASTER_URI を適切に設定する必要があります。（後述）

talker と listener による topic の通信

roscore の起動

$ docker run -it --rm --net rosnet --name master ros:melodic-tutorials
$ roscore

別の端末で、

$ docker run -it --rm --net rosnet --name talker ros:melodic-tutorials
$ source ~/catkin_ws/devel/setup.bash
$ ROS_MASTER_URI=http://master:11311
$ rosrun beginner_tutorials talker

これで端末上に以下のような表示がされます。

[ INFO] [1539528505.137138966]: hello world 0
[ INFO] [1539528505.237245343]: hello world 1
[ INFO] [1539528505.337358401]: hello world 2
[ INFO] [1539528505.437382734]: hello world 3
[ INFO] [1539528505.537352617]: hello world 4
[ INFO] [1539528505.637456156]: hello world 5
[ INFO] [1539528505.737825399]: hello world 6

さらに別の端末で、

$ docker run -it --rm --net rosnet --name listener ros:melodic-tutorials
$ source ~/catkin_ws/devel/setup.bash
$ ROS_MASTER_URI=http://master:11311
$ rosrun beginner_tutorials listener

これで、talker の publish した topic を subscribe して以下のように端末上に表示します。

[ INFO] [1539528505.438633299]: I heard: [hello world 3]
[ INFO] [1539528505.538363467]: I heard: [hello world 4]
[ INFO] [1539528505.638404233]: I heard: [hello world 5]
[ INFO] [1539528505.739407586]: I heard: [hello world 6]

[参考] コンテナの作成時に node を実行する方法

beginner_tutorials ではないですが、こちらの記事で紹介されていたので、興味のある方は参考にしてみてください。
参考記事
Docker + ROS(kinetic)でチュートリアル

参考文献

Docker

• [Docker] ubuntu 14.04/16.04にDockerをインストール
• ユーザをdockerグループに入れる
• Dockerコンテナの作成、起動〜停止まで
• Dockerの作業済みコンテナからイメージを作って移植を楽にする
• Docker + ROS(kinetic)でチュートリアル
• DockerとDocker-CEの違いについて
• Ubuntu16.04にDocker CEをインストール

ROS チュートリアル

• ROSパッケージを作る
• シンプルな配信者(Publisher)と購読者(Subscriber)を書く(C++)