Workspaces

Quando trabalhamos com Python, aprendemos a criar pacotes utilizando o pip.

Quando trabalhamos em javascript, aprendemos a gerenciar pacotes utilizando o npm.

Quando trabalhamos em rust, utilizamos o cargo.

Com ROS não é diferente. Ele oferece os conceitos de workspaces e pacotes. Para isso, é preciso utilizar o gerenciador de pacotes do ROS, o colcon.

1. Definições básicas

1.1. Pacote ROS

Por que criamos pacotes?

Essa é uma pergunta fundamental para qualquer linguagem, não só para o desenvolvimento em ROS e essa pergunta também nos leva a um apontamento que define o que é um pacote através da sua função em um projeto.

Projetos que envolvem código muitas vezes tem uma complexidade elevada e envolvem o trabalho de muitas pessoas. Nós criamos pacotes para que seja possível desacoplar essa complexidade. O que significa desacoplar a complexidade? Significa que um desenvolvedor que precisa desenvolver um frontend não precisa se preocupar em saber como implementar um sistema de deteção de objetos em imagens. Significa que podemos criar unidades de código que podem interagir entre si e diminuir a carga cognitiva necessária para criar um sistema complexo.

Os pacotes em ROS servem justamente para isso: diminuir a carga cognitiva necessária para criar aplicações robóticas. Que implementar um algoritmo de localização e mapeamento simultâneo? Tem um pacote de alguém que gastou muito tempo nesse problema que você pode usar sem precisar gastar muito tempo. Que utilizar filtro de kalmann? Tem um pacote de alguém que gastou muito tempo nesse problema… Quer transferir imagens em tempo real através do ROS? Tem um pacote…

Não preciso nem dizer que espera-se, portanto, que você saiba interagir com um pacote, criando-os e usando-os sempre que precisar.

Instalando pacotes ROS

Para instalar pacotes ROS, temos dois caminhos distintos:

1. Baixando o código fonte e utilizando o colcon para compilar o pacote; ou
2. Instalando o pacote utilizando o apt.

O caminho que vamos usar na maior parte das vezes é a instalação utilizando o gerenciador de pacotes do Ubuntu, o apt. Para isso, você deve saber o padrão de nomenclatura para pacotes disponíveis no apt:

ros-<distro-ros>-<pacote>

Aqui, o distro-ros descreve a versão do ROS que está sendo utilizada e o pacote é o nome do pacote. Um exemplo é o pacote ros-humble-turtlebot3-messages. Aqui temos um pacote para o ROS 2 Humble e o nome do pacote é o turtlebot3-messages. Esse pacote está dentro do workspace do turtlebot3 e define os tipos de mensagens que são necessárias para interagir com o robô turtlebot3.

Criando pacotes ROS

Para criar pacotes ROS, precisamos primeiro entender a unidade que serve para organizar conjuntos de pacotes ROS, o workspace. Então, vamos ver o que é um workspace.

1.2. Workspace ROS

Um workspace ROS nada mais é do que um diretório onde é possível encontrar um ou mais pacotes ROS. A utilidade dessa organização é que com um workspace é possível instalar vários pacotes de uma vez só e também cada workspace conta com um script de setup similar ao do ROS em si, mas esse serve para configurar as definições de executáveis dos pacotes contidos no workspace.

Exemplo

Os pacotes relacionados ao Turtlebot (o robô utilizado no módulo) estão organizados em um workspace. Nesse workspace podemos encontrar, entre outras coisas:

• O pacote que define as mensages básicas para interagir com o turtlebot;
• Um pacote que implementa o algoritmo de mapeamento e navegação simultânea do turtlebot;
• Arquivos de configuração que definem a cadeia cinemática (oi Geraldo s2) do robô.

Uma das principais vantagens de se ter todos os pacotes relacionados a um mesmo projeto aglomerados em um único workspace é o fato de que é possível compilar todos os pacotes de um workspace de uma vez só. Mais para frente vamos ver como fazer isso, mas trata-se de uma vantagem muito grande para quem quer entregar um projeto complexo que é composto por muitos pacotes e conseguir fazer o setup do projeto em um único comando.

Beleza, mas como podemos criar um workspace? Vamos ver exatamente como se faz isso na próxima seção, em que vamos tratar sobre o setup do seu primeiro projeto ROS.

2. Criando seu primeiro projeto

2.1. Criando um workspace

O primeiro passo para criar o seu primeiro projeto ROS é criar um workspace. Para criar um workspace ROS, basta criar um diretório qualquer e, dentro dele, adicionar um subdiretório chamado src, que é onde vão ficar os nossos pacotes.

:::tip dica

O argumento -p do comando mkdir faz com que seja possível criar todos os diretórios no caminho até o diretório final. No exemplo abaixo queremos criar meu_workspace/src, mas o diretório meu_workspace ainda não existe. Com esse argumento é possível criar os dois diretórios ao mesmo tempo.

:::

mkdir -p meu_workspace/src

2.2. Adicionando um pacote de exemplo

Ok, mas e os pacotes? Bom, como ainda não temos nenhum pacote, vamos testar nosso workspace pegando um pacote de exemplo disponibilizado pelos criadores do ROS.

Entre no diretório do seu workspace e no subdiretório src:

cd meu_workspace/src

E vamos clonar o repositório que guarda o pacote de exemplo com:

git clone https://github.com/ros/ros_tutorials.git -b humble

É muito comum um pacote ROS ter dependências. Para garantir que temos as dependências necessárias para nosso pacote, precisamos rodar o rosdep. Para isso, é necessário garantir que você tem o rosdep instalado. Use:

sudo apt install python3-rosdep

Após a instalação, precisamos configurar o rosdep. Para isso, usaremos dois comandos em sequência:

sudo rosdep init

rosdep update

Volte para o diretório raíz do seu workspace e, logo em seguida, rode o seguinte comando para baixar todas as dependências:

rosdep install -i --from-path src --rosdistro humble -y

Pronto! Esse comando já vai checar todos os seus pacotes e instalar as depedências automaticamente. A seguir, vamos compilar o nosso pacote usando:

colcon build

:::caution Aviso

Para executar o comando abaixo você precisa, antes, instalar o seguinte pacote:

sudo apt install python3-colcon-common-extensions

Caso tenha utilizado meu script ros-install com todas as opções selecionadas, esse pacote já vai ter sido instalado.

:::

Ao rodar esse comando, nosso diretório mudou. Vamos dar uma olhada em como ele está? Lembre-se que antes ele só tinha o diretório src com nosso pacote exemplo antes.

.
├── build
│  ├── COLCON_IGNORE
│  └── turtlesim
├── install
│  ├── _local_setup_util_ps1.py
│  ├── _local_setup_util_sh.py
│  ├── COLCON_IGNORE
│  ├── local_setup.bash
│  ├── local_setup.ps1
│  ├── local_setup.sh
│  ├── local_setup.zsh
│  ├── setup.bash
│  ├── setup.ps1
│  ├── setup.sh
│  ├── setup.zsh
│  └── turtlesim
├── log
│  ├── build_2024-04-23_19-34-44
│  ├── build_2024-04-23_20-05-36
│  ├── COLCON_IGNORE
│  ├── latest -> latest_build
│  └── latest_build -> build_2024-04-23_20-05-36
└── src
   └── ros_tutorials

Note que surgiram as pastas install, build e log em seu workspace. Caso queira subir seu ws para um repositório, não esqueça de adicionar essas pastas ao .gitignore!

Para poder rodar o seu pacote, precisamos agora apenas dar source no script de configuração do workspace. Fazemos isso com:

source install/local_setup.bash

:::tip Dica

A diferença entre o local_setup e o setup é que o setup local foi feito para configurar apenas os executáveis apenas do workspace local (o diretório em que você se encontra atualmente). A versão setup foi feita para configurar workspaces instalados globalmente.

:::

Pronto! Seu workspace ROS está configurado e com um pacote funcional. Mas, como vamos testar? Você pode ter notado que o pacote compilado pelo comando colcon build foi o turtlesim. Nós já temos esse pacote instalado, mas agora estamos usando uma versão local. Beleza, mas como vamos saber se estamos de fato usando a versão local ou a do sistema? Simples, vamos colocar uma mensagem especial no turtle_teleop_key! =D

:::tip Dica

Note que o turtlesim é um pacote inteiramente feito em C++. Nós vamos usar majoritariamente Python nesse módulo, mas se quiser ver como é por dentro um