گام چهارم :مفهوم Node در ROS

مفهوم Node در ROS، برای راه اندازی یک ربات نیاز است تا یکسری قوانین و دستوراتی به منظور هوشمند ساختن ربات تعریف شود. این قوانین (به بیان ساده) به کمک زبان‌های برنامه نویسی عموما  C++، C#، python و … برای ربات‌ها قابل فهم می‌شود. فرض کنید که می‌خواهید یک ربات کاملا هوشمند ایجاد نمایید. برای داشتن این ربات نیاز است تا برنامه نویس برای تمام رفتارهای ربات  دستوراتی را بنویسد. مثلا اگر بخواهیم موقعیت ربات A را با زبان برنامه نویسی C++ کنترل نماییم نیاز است تا یک فایلcpp  ایجاد کنیم تا کد های مربوط به کنترل موقعیت ربات را داخل آن بنویسیم. در سیستم عامل ربات ROS، این فایل تحت عنوان Node شناخته می‌شود.

به صورت خلاصه: برنامه‌هایی که توسط کاربر نوشته می‌شود، برای اجرا باید به عنوان Node به ROS معرفی شود. یک Node در واقع یک فایل قابل اجرا درون یک بسته است.

گاهی نیاز است تا علاوه بر موقعیت، سرعت ربات را نیز کنترل نماییم. برای نوشتن دستورات مربوط به کنترل سرعت می‌توانیم کد مربوط به کنترل سرعت را داخل همان فایل ایجاد شده‌ی قبلی بنویسم و یا یک فایل جدید دیگر ایجاد نماییم. معمولا برنامه نویسان برای فهم راحت‌تر و اشکال زدایی سریع کد این بخش‌ها را از یکدیگر جدا می‌کنند. حال برای اجرا شدن این فایل در ROS نیاز است تا آن را تحت عنوان Node در ROS معرفی نماییم. همانطور که می‌دانید نیاز است تا برخی پارامترها بین این دو نود ایجاد شده منتقل شود. در ROS هر Node برای ارتباط با یک Node دیگر از کتابخانه‌ی Client موجود در ROS استفاده می‌کند. نگران نباشید این ارتباط به راحتی در رآس بر قرار می‌شود.

کتابخانه‌ی Client

معمولا نرم افزارها از یک زبان برنامه نویسی برای ارتباط با ربات استفاده می‌کنند. در ROS اما اینگونه نیست!!!

کتابخانه‌ی Client در ROS این امکان را به شما می‌دهد که نودها را در زبان‌های برنامه نویسی مختلفی بنویسید و در عین حال با یکدیگر در ارتباط باشند. مثلا شما برای ربات A می‌توانید یک Node برای کنترل موقعیت با زبان برنامه نویسی سی پلاس پلاس ایجاد نمایید و Node مربوط به کنترل سرعت ربات را به زمان پایتون بنویسید و همزمان این دو نود اجرا و با یکدیگر در ارتباط باشند.

Roscore

تا اینجا شما با مفهوم Node آشنا شدید. اینکه Node دقیقا چیست و چگونه چند Node با یکدیگر ارتباط دارند. حال نوبت به اجرای ROS می‌رسد. اگر ROS را به خوبی نصب نموده باشید. (برای نصب رآس مقاله‌ی نحوه‌ی نصب رآس را مطالعه نمایید.) دستور زیر را در ترمینال وارد نماید

 $ roscore

 از اینکه هیچ محیط گرافیکی مشاهده نکردید نگران نباشید. مستر ros همین است. در صورتی که نصب را به درستی انجام داده باشید باید خروجی ترمینالی  مطابق زیر را مشاهده نمایید.

... logging to ~/.ros/log/9cf88ce4-b14d-11df-8a75-00251148e8cf/roslaunch-machine_name-13039.log
Checking log directory for disk usage. This may take awhile.
Press Ctrl-C to interrupt
Done checking log file disk usage. Usage is <1GB.
started roslaunch server http://machine_name:33919/
ros_comm version 1.4.7
SUMMARY
======
PARAMETERS
* /rosversion
* /rosdistro
NODES
auto-starting new master
process[master]: started with pid [13054]
ROS_MASTER_URI=http://machine_name:11311/
setting /run_id to 9cf88ce4-b14d-11df-8a75-00251148e8cf
process[rosout-1]: started with pid [13067]
started core service [/rosout]

توجه: تا زمانی که این ترمینال به این صورت باز است یعنی نرم‌افزار ROS فعال است. با بستن این ترمینال درواقع نرم‌افزار ROS را می‌بندید.

rosnode درواقع یکی از ابزارهای موجود در ROS است که این امکان را به شما می‌دهد تا اطلاعاتی در مورد نودها به دست آورید. به‌منظور اجرای این دستور نیاز است تا دستور roscore در ترمینال اجرا شود. سپس یک ترمینال جدید باز نمایید (برای باز کردن ترمینال جدید از ترکیب کلیدهای ctrl+shift+T استفاده کنید). حال دستور زیر را وارد نمایید.

 $ rosnode list

بعد از وارد کردن دستور بالا پیغام زیر را در ترمینال مشاهده می‌نمایید.

 /rosout

این پیام که در ترمینال مشاهده نمودید درواقع بیان می‌کند که تنها یک نود در حال اجرا، با نام rosout وجود دارد. این Node همیشه با اجرای مستر در رآس اجرا می‌شود.

توجه: زمانی که ترمینال جدید باز می‌نمایید باید به این نکته توجه کنید که اگر دستور بالا اجرا نشد، شما باید دستورات زیر را وارد نمایید.

$ source /opt/ros/kinetic/setup.bash

این پیام که در ترمینال مشاهده نمودید درواقع بیان می‌کند که تنها یک نود در حال اجرا، با نام rosout وجود دارد. این Node همیشه با اجرای مستر در رآس اجرا می‌شود.

حال فرض نمایید که می‌خواهید اطلاعاتی در مورد نود موردنظر خود مشاهده نمایید. برای این منظور از دستور زیر استفاده باید بکنید.

$ rosnode info /rosout

بعد از وارد کردن این دستور در ترمینال اطلاعات نود rosout را مشاهده می‌کنید.

Node [/rosout] 
Publications: * /rosout_agg [rosgraph_msgs/Log] 
Subscriptions:
* /rosout [unknown type]
Services: * /rosout/get_loggers
 * /rosout/set_logger_level
contacting node http://machine_name:54614/ ...
Pid: 5092

ربات A موردبحث در بالا را اگر به یاد داشته باشید یک نود برای کنترل موقعیت و نودی دیگر برای کنترل سرعت آن ایجاد کردید. حال اگر بخواهیم این نود را در رآس اجرا نماییم باید از دستور rosrun استفاده کنیم. این دستور این امکان را به شما می‌دهد که به‌صورت مستقیم بدون مشخص کردن مسیر یک نود داخل یک بسته، آن را اجرا نمایید.

$ rosrun [package_name] [node_name]

حال می‌خواهیم نود turtlesim_node را در بسته turtlesim اجرا نماییم؛ بنابراین دستور زیر را در یک ترمینال جدید باز می‌کنیم.

$ rosrun turtlesim turtlesim_node

با اجرای دستور بالا پنجره مطابق شکل زیر را مشاهده خواهید کرد.

این لاک‌پشت مشاهده‌شده در پنجره بالا ممکن است که در سیستم‌عامل شما متفاوت باشد که وابسته به نسخه‌ی نصب‌شده شما هست.

همچنین شما می‌توانید با بازکردن یک ترمینال جدید و وارد کردن دستور زیر این لاکپشت را با زدن کلیدهای جهت‌نما در صفحه آبی رنگ حرکت دهید که مسیر حرکت آن نیز باقی بماند مثل شکل زیر.

$ rosrun turtlesim turtle_teleop_key

توجه: به منظور حرکت لاکپشت حتما دقت نمایید که پنجره ترمینال جدیدی که دستور بالا را وارد کردید، فعال باشد و سپس دکمه های مربوط به حرکت را بزنید تا ربات حرکت نماید.( به عبارتی دیگر اگر بعد از وارد کردن دستور بالا بر روی پنجره دیگری کلیک کردید، لازم است تا دوباره با موس بر روی ترمینالی که ئستور بالا را وارد کردید، کلیک نمایید تا پنجره مورد نظر فعال شود.)

حال دستور زیر را در یک ترمینال جدید وارد نمایید:

$ rosnode list

بنابراین شما نودهای زیر را مشاهده خواهید کرد:

/rosout/teleop_turtle/turtlesim

یکی از ویژگی‌های قدرتمند در ROS تغییر نام نودها است. با استفاده از این ویژگی شما می‌توانید نام نود را برای خودتان شخصی‌سازی کنید.

$ rosrun turtlesim turtlesim_node __name:=my_turtle

حال دوباره دستور rosnode list را در یک ترمینال جدید وارد کنید. خروجی این دستور لیست نودهای موجود را نشان می‌دهد؛ که نود شخصی‌سازی‌شده شما را نشان می‌دهد.

/my_turtle
rosout