[Unity] Nav2 테스트 환경 구축 with turtlebot3

환경

os: ubuntu 22.04

ROS2: humble

unity: 2022.3.27f1

 

아래의 유니티 공식 깃허브를 보고 터틀봇3로 쉽게 Nav2를 테스트할 수 있다.

https://github.com/Unity-Technologies/Robotics-Nav2-SLAM-Example

GitHub - Unity-Technologies/Robotics-Nav2-SLAM-Example: An example project which contains the Unity components necessary to comp

 

하지만 나는 다른 로봇 모델로 Nav2를 테스트해야 했고, 굉장히 애를 먹은 경험이 있어서 이 글을 보고 누군가가 테스트 환경을 구축하는데 도움을 받으면 좋겠다.

 

이 글에서는 다음과 같은 것들을 다룬다.

1. Unity-ROS-Integration

2. URDF를 사용하여 Unity scene에 로봇 모델 생성

3. 로봇 모델에 ROS2연동을 위한 스크립트 추가

4. 간단한 시뮬레이션 환경 구축

5. ROS-Unity 연동 테스트(/cmd_vel, lidar) 및 트러블 슈팅

 

 

1. Unity-ROS-Integration

아래 포스트 참고

[Unity] URDF Importer를 사용하여 로봇 모델 생성

https://ko-ko-song.tistory.com/48

2. URDF Import (로봇 모델 생성)

아래 포스트 참고

[Unity] Unity-ROS-Integration

https://ko-ko-song.tistory.com/50

3. 로봇 모델에 ROS2 연동을 위한 스크립트 추가

다음과 같은 스크립트들을 추가해야 한다.

1. 시뮬레이션 시간을 publish하는 스크립트 (/clock)

2. 로봇의 TF, odom을 publish하는 스크립트 (/tf)

3. /cmd_vel을 subscribe하여 로봇 이동시키는 스크립트

4. 2d lidar 데이터를 생성 및 publish 하는 스크립트 (/scan)

 

 

https://github.com/Unity-Technologies/Robotics-Nav2-SLAM-Example

위의 링크에서 Robotics-Nav2-SLAM-Example/Nav2SLAMExampleProject/Assets/Scripts에 있는 스크립트들 복사

(스크립트 폴더를 통채로 복사하면 안됨, RosMessage를 못찾는데 namesapce문제인 듯?)

 

시뮬레이션 시간 publish하는 스크립트 추가

시뮬레이션 환경에서 navigation을 테스트할 것이므로 시뮬레이션 시간을 사용해야 함.

하이러키에서 우클릭 -> Create Empty로 게임오브젝트 생성 후 Clock으로 이름 변경

 

Clock 오브젝트 클릭 후 Inspector에서 ROS Clock Publisher 스크립트 추가

( /clock 토픽을 publish하는 스크립트)

 

publish rate 100 → 50으로 변경

 

로봇을 이동시키는 스크립트 추가

tutlebot burger에 Controller 스크립트 제거, AGV Controller 스크립트 추가

/cmd_vel 토픽을 subscribe해서 differential wheel robot을 이동시키는 스크립트

 

AGV Controller에 프로퍼티들에 값을 넣어줘야 함.

하이러키에서 wheel_left_link, right_link를 클릭 후 드래그해서 AGV 컨트롤러의 Wheel1, 2로 드랍

나머지는

Max Linear Speed, Max Rotational Speed, Wheel Radius, Track Width는 로봇의 스펙에 맞게 변경

(default는 터틀봇에 맞게 되어있음)

ForceLimit 은 적절한 값 찾아서 넣어줘야 하는데 (이 속성을 잘 모르겠으나 적당히 큰 값 넣어도 되는 듯)

Damping도 적절한 값 찾아서 넣어줘야 함.

(아래 링크에 설명이 있는데 솔직히 이해가 안간다. 테스트를 하면서 적절한 값을 찾아 넣어야 하는 듯)

https://docs.unity3d.com/6000.0/Documentation/ScriptReference/ArticulationDrive.html

 

TF publish 하는 스크립트 추가

터틀봇에 아래와 같이 ROS Transform Tree Publisher 스크립트 추가

(odom → base_footprint와 로봇의 모든 프레임의 관계(tf)를 /tf 토픽으로로 publish 하는 스크립트)

 

아래와 같이 Global Frame Ids에 map 삭제 후 길이를1로 변경, Root Game Object에 base_footprint 드래그앤 드랍

(default로 Global Frame Ids에 map도 있는데, 이거 있으면 map → odom을 맵 서버가 publish해야 하는데 시뮬레이터에서 해버림)

 

2d lidar 스크립트 추가

base_scan 게임 오브젝트에 LaserScanSensor 스크립트를 추가 후 다음과 같이 프로퍼티들 수정

 

끝

 

4. 간단한 시뮬레이션 환경 구축

하이러키 우클릭 → 3D object → Plane 생성

 

동일한 방법으로 cube와 shere도 생성 후 배치

게임오브젝트(cube, spere)를 클릭 후 w를 누르면 이동가능한 화살표가 생김

 

기본 세팅 끝

 

5. ROS2-시뮬레이터 연동 테스트 

먼저 유니티 상단의 플레이 버튼 클릭

(플레이 버튼을 눌러야 시뮬레이션 환경이 실행된다.)

 

/cmd_vel 토픽 publish하여 로봇 이동 테스트

#termianl 1
ros2 launch ros_tcp_endpoint endpoint.py

#terminal 2
ros2 topic pub -r 10 /cmd_vel geometry_msgs/Twist '{linear: {x: 1.0, y: 0.0, z: 0.0}, angular: {x: 0.0, y: 0.0, z z: 0.0}}'

 

바퀴는 굴러가는 것 처럼 보이나 제대로 안움직일 것이다.

상단의 메뉴에서 Edit → Project Settings → Time에서 Fixed Timestamp를 0.005로 변경

Project Settings → Physics에서 Default Solver Iterations 30, Default Solver Velocity Iterations 60으로 변경

 

하지만 그래도 안된다!

 

버거의 collider를 보니 캐스터휠이 직육면체로 되어있다.

실제 로봇이라면 구형에다가 회전이 가능하게 되어있을텐데 모델이 좀 이상한 것 같다.

 

Assets에서 우클릭→ Create → Physical Material 생성

이름은 아래와 같이 noFriction으로 변경하고

 

생성한 Physical Material을 클릭하면 Inspector에서 프로퍼티를 변경할 수 있는데 아래와 같이 변경

 

하이러키를 아래와 같이 따라간 뒤 Material이 None으로 되어있는데 우측끝에 동그라미 클릭 후 noFriction 선택

 

이제 정상적으로 동작한다.

 

(터틀봇 Waffle 모델을 사용할 경우)

아래 스크린샷처럼 기울게 되는데 아무래도 카메라 링크가 너무 무거운 것 같다.

 

camera_link의 articulation body의 Mass를 줄이면 해결할 수 있다.

아래의 camera frame들도 다 1키로로 되어있어서 다 Mass를 수정해야 함

 

2d lidar 테스트( unity -> ros2 )

# terminal3
# rviz 실행 명령어
rivz2

 

왼쪽 하단의 Add 클릭

 

TF 클릭후 OK 클릭

 

다시 왼쪽 하단의 Add 클릭 ->By topic 탭 -> /scan토픽 아래의 LaserScan 추가

 

그 다음 왼쪽 Displays에서

Global Options의 Fixed Frame을 odom으로 변경

LaserScan에 항목들을 위의 스샷과 같이 변경

• Topic - Reliablity를 Best Effort로(변경안하면 rivz에서 안보임)
• size는 0.1로

 

연동 테스트 끝

 

6. nav2 연동 및 테스트

 

 

최대한 따라하기 쉽게 작성한다고 노력은 했는데 잘 전달되기를..