[DRONE] Gazebo 시물레이터와 ROS 인터페이스 연결하기

드론 비행을 위해서는 여러가지 방법들이 있다. 드론의 비행 제어 알고리즘, 센서 제어 등 모든 것을 직접 프로그래밍 하는 방법이 있고, 비행은 비행 제어 알고리즘이 내장된 HW을 이용하고, 센서 또는 비전 처리를 통해 더 효율적인 비행을 할 수 있는 방법도 있다.

다양한 하드웨어 및 소프트웨어 드론 프로젝트 중에 리눅스 재단이 공식 지원하는 Dronecode 프로젝트가 있는데, 다양한 기업들이 이 프로젝트에 참여하고 있다. Dronecode 프로젝트 기반으로 만든 레퍼런스 보드들 중 유명한 것이 Pixhawk이다. 그리고 드론의 펌웨어와 미들웨어를 개발하는 프로젝트가 PX4 프로젝트이다.

PX4는 MAVLink 프로토콜을 사용하여 제어할 수 있는데, 만일 ROS을 사용하여 PX4을 제어한다면 MAVROS을 사용하면 된다. 하지만 드론을 직접 만들어 비행 시험을 하기에는 장소와 안전 문제가 중요한 문제로 대두된다. 따라서 충분한 시물레이션 시험이 필요한데, 이 때 사용할 수 있는 3D 시물레이터 중 하나가 Gazebo이다. Gazebo를 사용하는 이유는 ROS와 연동이 보다 쉽다. 따라서 ROS와 MAVROS을 사용하여 PX4 미들웨어을 사용한다면 Gazebo을 사용하여 시물레이션이 가능하다.

PX4을 이용한 드론의 개발 가이드는 다음 주소를 참고한다.

• PX4 Development Guide
• Subak.io (한글 사이트)

1. Gazebo7 설치 및 실행

Gazebo7은 PX4 Development Guide을 참고하여(Gazebo Simulation) 설치한다. 하지만 ROS와 연동된 드론을 시물레이터와 연동하기 위해서는 PX4 Firmware을 GitHub에서 Clone 또는 다운로드 받아 설치 후 Firmware을 실행하여 Gazebo 시물레이터와 연동을 시켜야 한다. 

실행 방법은 다음과 같다. (Running the Simulation)

$ cd ~/src/Firmware
$ make posix_sitl_default gazebo

만일 Optical Flow을 탑재한 Drone으로 시험하려면 make 옵션으로 posix_sitl_default 대신에 posix gazebo_iris_opt_flow 으로 설정한다.

$ cd ~/src/Firmware
$ make posix gazebo_iris_opt_flow

하지만 이렇게 실행시키면 ROS와 연동이 안되어 Gazebo에서 다양한 센서들을 시험할 수 없다.

2. Gazebo7과 ROS 인터페이스 연결

다음과 같이 PX4 Firmware을 실행할 때는 'no_sim=1' 옵션과 함께 make 명령을 주면 Gazebo는 실행하지 않고, Firmware만 실행된다. 이후 'roslaunch'을 사용하여 'gazebo_ros'을 실행하면 ros topic을 사용하여 Gazebo 시물레이터 내의 개체들(센서 또는 물체들)에 대한 속성들에 대한 접근이 가능하다. 두 개의 터미널을 만들어 각각 다음과 같이 명령을 입력한다.

[터미널 #1]

$ cd ~/src/Firmware
$ no_sim=1 make posix_sitl_default gazebo

Optical Flow을 탑재한 Drone으로 시작하려면 다음 make 옵션을 변경한다.

$ cd ~/src/Firmware
$ no_sim=1 make posix gazebo_iris_opt_flow

'no_sim=1 make posix_sitl_default_default gazebo' 명령을 주면 Gazebo에서 Iris 드론 객체을 만들 때 까지 대기한다.

[터미널 #2]

$ roslaunch gazebo_ros empty_world.launch

'roslaunch gazebo_ros empty_world.launch' 를 실행하면 Gazebo가 실행되고, Iris 드론을 추가하면 터미널 #1에서 이 드론을 제어할 수 있는 command line 프롬프트가 표시된다. 만일 Iris 모델이 보이지 않는다면 다음과 같이 모델을 빌드하고 환경 설정한다.

$ cd ~/src/Firmware/Tools/sitl_gazebo/
$ mkdir build
$ cd build
$ cmake ..
$ sudo make install

그리고 ~/.baserc 파일에 다음 내용을 추가한다. 단, Firmware 는 ~/src/Firmware 에 위치한다고 가정한다.

$ cd ~
$ vi .baserc

# Set the plugin path so Gazebo finds our model and sim
export GAZEBO_PLUGIN_PATH=${GAZEBO_PLUGIN_PATH}:~/src/Firmware/Tools/sitl_gazebo/build
# Set the model path so Gazebo finds the airframes
export GAZEBO_MODEL_PATH=${GAZEBO_MODEL_PATH}:~/src/Firmware/Tools/sitl_gazebo/models

수정을 종료하고, 다시 환경변수를 업데이트 한다.

$ source .baserc

그리고 위에 '터미널1'과 '터미널2'에 설명된 명령들을 각각 'no_sim=1 make posix_sitl_default_default gazebo'와 'roslaunch gazebo_ros empty_world.launch'  다시 실행한다.