ROS2 x Docker関係の知識をアップデート

個人勉強のログです．

前回のこちらの記事に続き，技術系の記事を執筆．

minimahack.jp

実行環境

# 端末
ProductName:    Mac OS X
ProductVersion: 10.15.6
BuildVersion:   19G2021

# docker
Docker version 19.03.12, build 48a66213fe
docker-compose version 1.26.2, build eefe0d31

ROS2 とは

Robot Operating System (ROS) とは、ロボット用のソフトウェアプラットフォームである。

引用：https://ja.wikipedia.org/wiki/Robot_Operating_System

これまで研究用途で活用していた ROS を商用利用しようということで，一からアーキテクチャを見直して作り直したものが ROS2． ROS の課題を解決しつつ，商用利用に必要な機能が盛り込まれている．

index.ros.org

ROS / ROS2 の違い

• 新しい通信プロトコル
  • Data Distribution Service (DDS)
  • Real-Time Publish-Subscribe (RTPS)
• QoS (Quality of Service) が管理可能 (コードネーム：Eloquentにて更に機能追加)
  • 設定可能な QoS の種類
    • History + depth
      • キュー制御: キュー内の優先度があるかは不明
    • Reliability
      • Best effort: データが配信されることは保証しない．
      • Reliable: データが配信されることを保証する．ただし，複数回リトライが発生する可能性あり．
    • Durability
      • Transient local：最後のデータをキャッシュとして保持．
      • Volatile：キャッシュとして保持しない．
    • Lifespan：未送信メッセージの維持期間
    • Deadline：守るべき最小周期
    • Liveliness：どの方式のハートビートを使うか
  • QoS プロファイル：上記を個別に設定しなくてもユースケースに合わせたデフォルト値がある．
    • Default：ROS1と同じで QoS はなし
    • Services：データの持続性が小さい
    • Sensor data：Best effort + 小さいキューサイズで送られる．
  • 特徴
    • Pub. >= Sub. の QoS プロファイルにしないといけない
  • 参考：MQTT の QoS
    • QoS 0：最大で1回送る
    • QoS 1：最低でも1回はメッセージを届ける（PUBBACKを受け取るまで再送する）
    • QoS 2：正確に1回メッセージを届ける（PUBREC, PUBREL, PUBCOMPを送受する）
• ライブラリアーキテクチャの更新
• 全スタックがリアルタイム可能
• ノードライフサイクル
  • ノードの実行が管理可能
  • 決定的実行は可能
• 認証可能なROSへ
  • 開発プロセスの追跡可能性により
  • MISRA-Cに合致（C言語のコーディング・ガイドライン）
  • セキュリティはDDS-Security規格
• マルチプラットフォーム化
• Actions
  • サービス通信に近い
  • 返り値が返ってくるまでフィードバックを受け取れる．
  • 返り値が返ってくる前にキャンセル可能．
• Intra-Process Comm.
  • 複数ノードを1プロセスとして動作
  • プロセス内のPub/Sub通信が高速かつ軽量
  • ROS2プログラミングスタイルのベストプラクティス

Docker 経由で ROS2 を触る

シンプルな talker と listener

イメージタグはこちらを参照．

hub.docker.com

# terminal 1
docker run -it --rm osrf/ros2:nightly /bin/bash
ros2 run demo_nodes_cpp listener
# terminal 2
docker run -it --rm osrf/ros2:nightly /bin/bash
ros2 run demo_nodes_cpp talker

ROS2 x Docker-compose

プロセスが異常終了しても自動起動するように，Dockerの設定を変更する．また，自分でイメージの中身を変更できるようにDockerfile, docker-compose.ymlを作成しておく．

なお，Macの場合はcat <file name> | pbcopyすることでファイルの中身がクリップボードに保存されるので，あとはCmd + vでブログに貼り付けられる．

Dockerfile

ip aするために，iproute2をインストール．

FROM osrf/ros2:nightly
RUN apt-get update && apt-get install -y --no-install-recommends iproute2 \
    && apt-get clean \
    && rm -rf /var/lib/apt/lists/
CMD ["/bin/bash"]

docker-compose

• restart: on-failureを設定することで，プロセスが異常終了するたびに自動起動する．
• commandで10秒おきに異常終了させている．

version: '3'
services:
  ros-listener:
    build:
      context: .
      dockerfile: Dockerfile
    container_name: listener
    network_mode: "host"
    environment:
      - TZ=Asia/Tokyo
    command: /bin/bash -c 'ros2 run demo_nodes_cpp listener & sleep 10 ; exit 1'
    tty: True
    restart: on-failure

  ros-talker:
    build:
      context: .
      dockerfile: Dockerfile
    container_name: talker
    network_mode: "host"
    environment:
      - TZ=Asia/Tokyo
    command: ros2 run demo_nodes_cpp talker
    tty: True
    restart: on-failure

Docker 実行環境のメンテナンス

docker image の作成・実行を繰り返していくうちに，不要なコンテナが残ってくる．それらを定期的に削除するためのコマンドリスト．

# コンテナの停止
# -q = --quiet: 出力量を減らすときによく使われる
docker stop $(docker ps -q)
# コンテナの削除
# -a = --all: 出力可能なものをすべて出すときによく使われる
docker rm $(docker ps -aq)

書籍

Web を活用した勉強だけでなく，書籍による勉強も平行している．

ROS2ではじめよう 次世代ロボットプログラミング