Programación con ROS

En este libro se presenta la respuesta a las siguientes preguntas que nos hacemos cuando queremos diseñar o controlar un robot.

¿Cómo se programa un robot? ¿Cómo se utilizan las tarjetas de programación como Arduino para controlar un robot? ¿Cómo se crean programas para enviar y recibir datos para controlar un robot industrial o uno hecho en casa?¿Cómo se emplean Matlab-Simulink para controlar robots en conjunto con un sistema que emplea Ubuntu? ¿Cómo utilizar computadoras con distintos sistemas operativos para controlar un sistema robótico?

Los robots actualmente emplean el Sistema Operativo Robótico o ROS para comunicarse y para controlarse. Este libro incluye una gran cantidad de ejemplo paso a paso, para que puedas aprender ROS desde cero y puedas realizar aplicaciones avanzadas con herramientas como Arduino y Matlab-Simulink. También cuenta con recursos web que incluyen programas en Python, videotutoriales, así como diversas presentaciones que te guiarán para que puedas realizar todo lo que se muestra en este libro por ti mismo y de manera inmediata.

Roger Miranda Colorado Doctor en Ciencias en Control Automático por el Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional (CINVESTAV-IPN). Miembro del programa Investigadoras e Investigadores por México, Cátedras CONACyT, con el proyecto 1537: Análisis y Control de Sistemas Mecatrónicos Complejos, adscrito al Centro de Investigación y Desarrollo de Tecnología Digital del Instituto Politécnico Nacional (CITEDI-IPN). Cuenta con experiencia en Modelado Asistido por Computadora, reconocido mediante la certicación Certified Solidworks Associate (CSWA) por parte de Dassault Systèmes SolidWorks Corporation. Además, recibió el Emblema de Primer Lugar de la carrera de Ingeniería Electrónica. Cuenta con gran experiencia docente en diversas instituciones de educación superior, así como en el posgrado del CITEDI-IPN, donde ha impartido diversas asignaturas incluyendo Mecatrónica, Automatización y Control, Modelado Matemático, Robótica, Control de Robots Manipuladores, Actualización Matemática para Ingenieros, Control de Sistemas Lineales, Control de Sistemas no Lineales, Seminario de Investigación, entre otras, tanto a nivel Licenciatura como en Maestría y Doctorado. Ha participado como director de tesis de Licenciatura, Maestría y Doctorado. Es autor de los libros Cinemática y Dinámica de Robots Manipuladores y Drones: Modelado y Control de Cuadrotores, así como de varios capítulos de libro y artículos de investigación publicados en congresos y revistas internacionales JCR. Sus líneas de investigación incluyen: Control de Vehículos Autónomos, Control de Vehículos Aéreos no Tripulados, Control de Robots Rígidos y Flexibles, Identificación

Paramétrica, Control de Estructura Variable y Aprendizaje de Máquinas. Actualmente, es miembro del Sistema Nacional de Investigadores SNI Nivel I.

Prólogo Prólogo………………………………………………………………………………..X

Competencias Generales……………………………………………………… XII

Contenido del Texto……………………………………………………………. XII

Plataforma de contenidos interactivos…………………………………….XIII

Capítulo 1 Conceptos básicos de ROS

1.1 Introducción………………………………………………………………….. 3

1.2 Historia de desarrollo de ROS…………………………………………… 6

1.3 Aplicaciones de ROS……………………………………………………….. 7

1.4 Contenido de este libro……………………………………………………. 8

Capítulo 2 Primeras aplicaciones con ROS

2.1 Introducción…………………………………………………………………. 13

2.2 Instalación de ROS Noetic………………………………………………. 14

2.3 Algunas características de ROS………………………………………… 18

2.4 Espacio de trabajo catkin………………………………………………… 23

2.5 Creación de paquetes en ROS………………………………………….. 27

2.6 Creación de nodos publisher y subscriber………………………….. 29

2.6.1 Descripción de código de nodo publisher…………………. 33

2.6.2 Descripción de código de nodo subscriber………………… 38

2.7 Resumen………………………………………………………………………. 41

2.8 Conclusiones…………………………………………………………………. 42

Capítulo 3 Creación de mensajes y archivos launch

3.1 Introducción…………………………………………………………………. 45

3.2 Diseño de mensajes en ROS…………………………………………….. 45

3.2.1 Creación de mensajes…………………………………………….. 48

3.3 Creación de archivos launch……………………………………………. 56

3.3.1 Pasar argumentos a un nodo…………………………………… 65

3.4 Resumen………………………………………………………………………. 71

3.5 Conclusiones…………………………………………………………………. 7

Capítulo 4 Creación de servicios en ROS

4.1 Introducción…………………………………………………………………. 75

4.2 Características de los servicios…………………………………………. 76

4.3 Creación de mensajes para servicios…………………………………. 77

4.4 Creación del nodo proveedor del servicio………………………….. 82

4.5 Creación del nodo que solicita el servicio………………………….. 84

4.6 Ejecución de nodos server y request…………………………………. 86

4.7 Características adicionales de los servicios………………………… 87

4.8 Ejemplo de servicios con nodo turtlesim…………………………… 91

4.9 Ejemplo adicional con servicios de turtlesim……………………… 94

4.10 Resumen…………………………………………………………………….. 98

4.11 Conclusiones……………………………………………………………….. 99

Capítulo 5 Creación de acciones en ROS

5.1 Introducción………………………………………………………………… 103

5.2 Características básicas de las acciones………………………………. 103

5.3 Creación de mensajes de acciones……………………………………. 106

5.4 Creación del nodo proveedor de la acción………………………… 110

5.5 Creación de un nodo que solicita una acción…………………….. 117

5.6 Acciones con turtlesim…………………………………………………… 121

5.7 Ejemplo de imitación…………………………………………………….. 126

5.8 Resumen……………………………………………………………………… 130

5.9 Conclusiones………………………………………………………………… 131

Capítulo 6 Aplicaciones avanzadas en ROS

6.1 Introducción………………………………………………………………… 135

6.2 Programas de movimiento programado con turtlesim……….. 135

6.2 Programas de movimiento programado con turtlesim……….. 135

6.3 Comunicación empleando rosserial y tarjeta

Arduino Mega………………………………………………………………. 148

6.3.1 Configuración del Arduino IDE……………………………… 149

6.3.2 Instalación de librerías de ROS……………………………….. 154

6.4 Combinación ROS y Matlab-Simulink……………………………… 158

6.4.1 Configuración de ROS en Matlab…………………………….159

6.4.2 Creación de un nodo subscriber………………………………161

6.4.3 Creación de un nodo publisher………………………………..167

6.4.4 Creación de un nodo publisher con nodo turtlesim……171

6.5 Resumen…………………………………………………………178

6.6 Conclusiones…………………………………………………………………179

Apéndice A Instalación de ROS Noetic

A.1 Introducción………………………………………………………………..183

A.2 Instalación de ROS Noetic……………………………………………..183

Apéndice B Descripción de comandos

B.1 Introducción…………………………………………………………………189

B.2 Comandos de Ubuntu y ROS………………………………………….189

B.3 Instrucciones en Python…………………………………………………199

Apéndice C Glosario

C.1 Definiciones……………………………………………………205

Bibliografía

Capítulo 1……………………………………………………………………209

Capítulo 2……………………………………………………………………209

Capítulo 3……………………………………………………………………210

Capítulo 4……………………………………………………………………210

Capítulo 5……………………………………………………………………210

Capítulo 6……………………………………………………………………210

Apéndice A…………………………………………………………………..211

Índice analítico…………………………………………………………212