mROS 2 update on FY2021

第22回ロボティクス勉強会
2022/03/18(金)
https://robosemi.connpass.com/event/225647/

Transcript

1. @takasehideki
   update on FY2021
   第22回ロボティクス勉強会
   2022/03/18
   

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2. 2
   ⾃⼰紹介
   本務・兼務
   — 東京⼤学 情報理⼯学系研究科 准教授
   — JSTさきがけ 兼任研究者
   — ⼀般社団法⼈ROSCon JP 理事
   — TOPPERSプロジェクト 運営委員
   学会活動
   — IPSJ-SIGEMB 運営幹事
   — IEICE-RECONF 専⾨委員
   — SWEST ステアリング委員
   — ROSCon JP 実⾏委員
   コミュニティ活動
   — ROS Japan Users Group
   — IoT ALGYAN (あるじゃん) 運営委員
   — NervesJP : Elixir for IoT
   @takasehideki
   ശ ఉ
   

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3. 3
   (Robot Operating System)
   • ROSの本質は通信にあり
   — ROSノード (機能単位) の疎な結合⽅式
   — 登録・変更・削除・配置・復旧が容易
   — 基本はTopicを介した出版購読型
   ロボットソフトウェアの開発を加速するプラットフォーム
   http://www.ros.org/about-ros/
   node1
   node2
   node3
   node4
   Topic1
   Topic2
   node5
   出版（Publish） 購読（Subscribe）
   msg
   msg
   msg
   msg
   IoTへの展開にも期待
   

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4. 4
   通信⽅式とその課題
   EMC
   GPC
   agent
   master
   node
   node
   client node
   dds-xrce
   rtps
   rtps
   m
   • RTPS︓DDSの通信プロトコル
   — SPDP/SEDP︓⾃律的に通信相⼿と
   通信経路を探索／確⽴（master不要）
   — (ROS 2⾃体が)汎⽤OS上での稼働を想定
   • 組込み技術の導⼊
   — エッジ処理の応答性向上や消費電⼒削減
   • micro-ROS︓ROS 2の組込み対応
   — POSIX準拠の複数のRTOSをサポート
   — Micro-XRCE-DDS を利⽤
   ØRTPS通信の仲介に agent が必要
   Ø 単⼀障害点の発⽣と通信性能の劣化
   ※GPC: General Purpose Computer
   EMC: Embedded Micro-Computer
   agent無⽤で
   ROS 2通信︕
   

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5. 5
   ⽅針と設計要件の整理
   RTPSの仕様に則った通信の実現
   通信性能の低減を下げる
   C/C++での組込み向けの実装
   プロセッサ数百MHz / メモリ数MB程度
   ⾼品質なリアルタイムOSの採⽤
   通信性能の向上にも寄与
   基本型に対応した出版購読APIの提供
   rclcppとの互換性を考慮
   通信の⾃律性の確保
   仲介の仕組みは不要とする
   効率的な通信処理の実現
   中規模な組込みデバイスでの動作
   メモリ軽量性の実現
   リアルタイム性の向上も考慮
   基本的な通信⽅式の実現
   開発⽣産性の観点も考慮
   mROS-base/mros2
   

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6. 6
   ソフトウェア構成
   Embedded devices
   (STM32 MCU)
   HAL library (STM32Cube)
   RTOS
   (TOPPERS/ASP3)
   mROS 2 application
   mROS 2 comm. lib.
   mROS 2 API
   UDP stack (lwIP)
   (CMSIS-RTOS API)
   RTPS (embeddedRTPS)
   RTPSの仕様に則った通信の実現
   通信性能の低減を下げる
   C/C++での組込み向けの実装
   プロセッサ数百MHz / メモリ数MB程度
   ⾼品質なリアルタイムOSの採⽤
   通信性能の向上にも寄与
   基本型に対応した出版購読APIの提供
   rclcppとの互換性を考慮
   mROS-base/mros2
   多種デバイスへの
   展開の容易化も考慮
   

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7. 7
   補⾜︓embeddedRTPS [A. Kampmann+ ITSC'2019]
   • C++実装による組込み向けのRTPSスタック
   —UDP/IP には lwIP (Raw Mode) を採⽤
   —シリアライズに eProsima Micro-CDR を利⽤
   • 主な機能と利点
   —Discovery: SPDP と SEDP の機能を提供
   —Interoperability: FastDDS 2.3.1 との疎通確認済み
   —QoS Policies: reliable と best-effort に対応
   —UDP Multicast: PR#4 より対応 (STM32版には未反映)
   —Message size: lwIP バッファサイズまで対応可能
   mROS-base/mros2
   

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8. 8
   Getting started!!
   $ git clone --recursive ¥
   https://github.com/mROS-base/mros2-asp3-f767zi
   $ cd mros2-asp3-f767zi/workspace
   $ make app=echoreply_string
   mROS-base/mros2
   

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9. 9
   Ubuntu20 on RPi4
   pub /to_stm
   Ubutu18 on laptop
   sub /to_linux
   mROS 2 on STM32
   sub /to_stm &
   pub /to_linux
   /to_stm
   /to_linux
   

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10. 10
    FY2021前半での発表
    https://rosjp.connpass.com/event/209136/
    https://www.youtube.com/watc
    h?v=lY-ueiRDOjk&t=5033s
    https://rosjp.connpass.com/event/215366/
    https://www.youtube.com/watc
    h?v=f9LmERC6Ljc&t=6727s
    https://vimeo.com/638040779/8a10335711
    このとき
    v0.1.4,,,
    

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11. 11
    v0.2.0 @ 29 Oct 2021
    • add mros2-mbed repo on the list of supported platform 🎉
    https://rosjp.connpass.com/event/222141/
    https://www.youtube.com/watch?v=YeQgeTnw5Tc&t=2393s
    • just in 5 minutes to try it
    — Build with docker on the host
    (ghcr.io/armmbed/mbed-os-env)
    — Keil Studio Cloud
    a.k.a Mbed Online Compiler
    https://os.mbed.com/users/smoritaemb/code/
    mbed-os-example-mros2/
    

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12. 12
    v0.2.1 @ 11 Dec 2021
    • Update embeddedRTPS to operate mros2 with ROS 2 Foxy
    environment mROS-base/embeddedRTPS#7
    /to_stm
    /to_linux
    • v0.2.2 @ 16 Dec 2021
    — Support built-in-types for msg except for wstring (UTF-16)
    • v0.2.3 @ 23 Dec 2021
    — use getData() instead of accesing private member data
    — remove embeddedRTPS/src/rtps.cpp from cmake/make target
    — move target specific code/file to mros2-asp3-f767zi repo
    

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13. 13
    v0.3.0 @ 20 Feb 2022
    • Support custom MsgTypes for topic communication 🎉
    提案⼿法②: 設計⽅針
    10
    ポイント①: 共通処理と固有処理の分離
    mROS 2における通信処理 メッセージ型に依存しない処理 (=共通処理)
    メッセージ型固有の処理 (=固有処理)
    共通処理が固有処理を呼び出す形式に.
    ポイント②: メッセージ型ヘッダファイルの⽣成
    固有処理を含むヘッダファイルをメッセージ型ごとに⽣成.
    health.hpp Health.msg
    string name
    uint16 height
    float32 weight
    ⽣成
    copyToBuf関数
    copyFromBuf関数
    messageSize関数
    pub.cpp
    #include “health.hpp”
    ・・・
    copyToBuf関数呼び出し
    ・・・
    呼び出し
    共通処理 固有処理
    ETNET2022-EMB
    (2022/3/10)
    提案⼿法③: メッセージ出版フロー
    11
    ①: シリアライズ & バッファに格納
    ②: 出版するメッセージサイズを計算
    ③: バッファの所定領域にあるデータを送信
    name=hibara
    height=171
    weight=63.5
    共通処理
    シリアライズ関数&
    バッファ格納関数呼出
    メッセサイズ
    計算関数呼出
    固有処理
    シリアライズ&
    バッファ格納
    メッセサイズ
    計算
    出版
    タスクへ
    バッファ
    hibara17163.5
    : 新規実装部分
    ETNET2022-EMB
    (2022/3/10)
    • v0.3.1 @ 23 Feb 2022
    — move include/rtps/config.h to each target repository
    • v0.3.2 @ 11 Mar 2022
    — clear cntPub appropriately
    — remove generation of header_includer
    

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14. 14
    How to use Custom MsgTypes
    • e.g.: Mbed & Twist mgs
    1. Prepare .msg file
    2. Generate header file
    $ cat workspace/custom_msgs/geometry_msgs/msg/Twist.msg
    geometry_msgs/msg/Vector3 linear
    geometry_msgs/msg/Vector3 angular
    $ cat workspace/custom_msgs/geometry_msgs/msg/Vector3.msg
    float64 x
    float64 y
    float64 z
    $ cd workspace
    $ python ../mros2/mros2_header_generator/header_generator.py geometry_msgs/msg/Twist.msg
    

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15. 15
    How to use Custom MsgTypes
    • e.g.: Mbed & Twist mgs
    üGenerated file
    $ ls -R custom_msgs/
    custom_msgs/:
    geometry_msgs
    custom_msgs/geometry_msgs:
    msg
    custom_msgs/geometry_msgs/msg:
    twist.hpp vector3.hpp Twist.msg Vector3.msg
    #include "mros2.hpp"
    #include "geometry_msgs/msg/vector3.hpp"
    #include "geometry_msgs/msg/twist.hpp"
    int main(int argc, char * argv[])
    {
    
    pub = node.create_publisher
    ("cmd_vel", 10);
    
    üUsage in app
    

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16. 16
    論よりRUN!! https://github.com/mROS-base/mros2-
    asp3-f767zi/releases/tag/v0.3.2.1
    

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17. 17
    How is the performance??
    

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18. 18
    v0.4.0 @ T.B.A
    • Add mros2-posix as the target platform
    —already worked fine with Ubuntu (native & docker)
    übut, porting to POSIX compliant RTOS &
    checking the operation have not progressed yet
    —does not yet support custom MsgTypes
    —but, embeddedRTPS has been bumped to its latest version
    —and also, enhancing the documentation is needed,,,
    

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19. Check it out!!
    Please give us the Star!
    & your contribution!!
    https://github.com/mROS-base/mros2
    • operation check with another Mbed ready boards
    • check with Galactic & support Humble??
    • implement new target with POSIX compliant RTOS
    • support QoS control, Service, Action,...
    

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20. 20
    圧倒的︕感︕謝︕︕
    本研究の⼀部は，JST さきがけJPMJPR18M8 の⽀援ならびに国⽴研究開発法⼈
    情報通信研究機構の委託研究（04001）により得られたものである．
    @ken551
    @Hibagon1go
    @smoriemb
    @tmori
    

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