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箱庭 ROS シミュレータ

TOPPERSプロジェクト箱庭WGでは，IoT／クラウドロボティクス時代の仮想シミュレーション環境である『箱庭』の研究開発を進めています．

本リポジトリでは，箱庭上で ROS 2 プログラムのシミュレーションを簡単にお試しできる環境を公開しています．

想定する PC 環境

  • Windows 環境: Windows 10/11
    • Ubuntu 20.04 LTS on WSL2/WSLg
  • Linux 環境: Ubuntu 20.04 LTS
  • Mac 環境: macOS Catalina ver.10.15.7

Windows 環境では，操作は全てWSL2/Linuxのシェル上で行います．WSL2のファイルシステム配下（/home/${USER}/以下）ではなくWindowsファイルシステム配下（/mnt/c/以下）で実行してください．

PC環境の準備

本リポジトリのclone

現在の最新版は v1.1.4 です． 「バージョン情報・更新履歴」も参照してください（バージョン番号はGit/GitHubのtag/releaseおよびDocker Hubのtag番号に対応しています）

ターミナルで下記を実行して本リポジトリをcloneしてください．

git clone --recursive -b v1.1.4 https://github.com/toppers/hakoniwa-ros2sim.git

Docker 環境

本シミュレータでは Docker を利用します．

実験的にネイティブのLinux環境（WSL2含む）での動作を試行しています．ネイティブ環境での動作手順は appendix/native.md をご参照ください．

Mac 環境の場合

Docker Desktop for Mac の利用を推奨します．

Windows/WSL2 または Linux 環境の場合

Docker Engineがインストールされている必要があります．WSL2またはLinuxのターミナルで下記のコマンドの結果が同じように出力されていれば，すでにインストール済みです（$から始まる行は実行するコマンドを示しています）．

$ which docker
/usr/bin/docker
$ service --status-all |& grep docker
 [ + ]  docker   # または " [ - ]  docker "
$ service docker status
 * Docker is running   # または " * Docker is not running "

Docker Engineのインストールはやや手数が多いため，下記の公式マニュアルにある実行コマンドを"toppersjp/hakoniwa-single_robot リポジトリの docker/install-docker.bash にまとめています．本スクリプトの実行時に問題がありましたら，公式マニュアルの手順に従ってインストールを進めてください．
Install Docker Engine on Ubuntu | Docker Documentation

スクリプトを用いたDockerのインストールには，下記のように実行してください．

wget https://raw.githubusercontent.com/toppers/hakoniwa-single_robot/main/docker/install-docker.bash
bash install-docker.bash

service docker status の結果が " * Docker is not running " の場合は，Dockerを起動してください．

sudo service docker start

次のように出力されていれば，Dockerが起動しています．

 * Starting Docker: docker                           [ OK ]

また，ユーザが docker のグループに所属していることを想定しています．そうでない場合は，次のコマンドを実行してください．

sudo gpasswd -a $USER docker
sudo chgrp docker /var/run/docker.sock
sudo service docker restart

上記のコマンド実行結果は，ターミナルに再ログインしてから有効となります．

Unity 環境のインストール

  • Unity Hub 3.1.1 以降
  • Unity Editor 2021.3.0f1
    • Unity Hub の「Installs > Install Editor」画面に本バージョンが表示されない場合は，Unity Dowonload Archive の本バージョンの "Unity Hub" をクリックしてインストールできます．

シミュレータの導入手順

Dockerイメージの展開

シミュレータの実行環境は，ビルド済みのDocker imageをDocker Hubにて公開しています．

https://hub.docker.com/r/toppersjp/hakoniwa-ros2sim

次のコマンドを実行してください．Dockerイメージののpullと展開を行います．

bash docker/pull-image.bash

[補足：開発者向け情報] Dockerイメージの作成用に docker/create-image.bash があります．

dockerを起動する

ターミナルを2個起動します（以降の説明では，ターミナルAおよびターミナルBと呼びます）．

ターミナルAでdockerコンテナを起動します．

bash docker/run.bash

Mac環境の場合は，ネットワークポート名（例："en0"）を引数に指定する必要があります． ポート名は ifconfig コマンド等で確認できます．

bash docker/run.bash <port>

起動した dockerコンテナ上で箱庭のROS環境をインストール

bash hako-install.bash opt all

Unity プロジェクトを開く

Unity Hubを起動し，右上の「開く」をクリックして、先ほどクローンしたROS対応版箱庭ソース上の以下のディレクトリを指定します．

場所：ros2/unity/tb3

起動すると，以下の画面が表示されます．

この状態で、画面左下にある「プロジェクトビュー」の「Assets/Scenes」を選択すると、画面下に「Toppers_Course」というシーンがありますので，これをダブルクリックしましょう．

以下のようにコースが表示されます．

シミュレータの実行手順

次の対象を例題として実行手順を説明します．

  • ROS 側の制御プログラム：src/tb3/src/tb3ctrl.cpp
  • Unity側のロボット：TB3RoboModel

準備

ターミナルAとBの両方ででdockerコンテナに入ります．

ターミナルAで Dockerコンテナを終了させていた場合は，改めて起動してください，

bash docker/run.bash

ターミナルB側は，以下のコマンドで入ります．

bash docker/attach.bash

ターミナルAでの操作

ターミナルAでROS-TCP-ENDPOINTを起動しましょう．

# bash launch.bash

ターミナルBでの操作

ターミナルBでROS2プログラムを起動しましょう．

# bash run.bash tb3 TB3RoboModel

Unityのシミュレーション開始する

Unityのシミュレーション開始ボタンをクリックすると，以下の起動画面が出てきます．

この状態で，Unity側の「開始」ボタンをクリックすると箱庭のシミュレーション開始し，TurtleBot3が動き出します．

動作例

動作例

この動画の各ウィンドウは，それぞれ次の通り対応しています．

  • 右上：ターミナルA
  • 右下：ターミナルB
  • 左：Unity

Contributing

本リポジトリで公開している「箱庭 ROS シミュレータ」について，ご意見や改善の提案などをぜひ こちらのGitHub Discussions でお知らせください．改修提案の Pull Requests も歓迎いたします．

TODO

  • SLAMやNav2の動作例を示す (#19)

謝辞

  • TurtleBot3 の Unity パッケージの設計と作成にあたっては，宝塚大学 東京メディア芸術学部 吉岡章夫准教授および学部生の杉崎涼志さん，木村明美さんにご協力いただきました．
  • TurtleBot3 のUnity アセットは，株式会社ロボティズ様より提供いただいたデータを基に作成しています．ご協力いただき深く感謝いたします．

ライセンス

TOPPERSライセンスで公開しています．
著作権者はTOPPERSプロジェクト箱庭ワーキンググループです．詳細はLICENSE.mdをご参照ください．