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概要本ページでは、RTCを連携させてジョイスティック操作により 車輪型機構をインタラクティブに操作するサンプルについて解説します。 本サンプルが対象とするモデルは、OpenHRPのサンプルモデルのひとつである 以下の車輪型機構です。
車輪を３つ備えており、前輪(車輪がひとつの方)によるステアリングが可能です。 ステアリングの一軸と各車軸の３軸で、合計４つの回転関節からなるモデルとなっています。 このモデルのファイルはOpenHRP3ソースの sample/model ディレクトリにある simple_vehicle.wrl になります。 また、以下で説明するサンプルのプログラムやプロジェクトのファイル一式は OpenHRP3 ソースの sample/JoystickControl 以下にあります。
準備本サンプルはOpenRTMの環境として、以下をそろえておく必要があります。
ジョイスティックプラグインの作成インポート
メニューから"ウインドウ"→"パースペクティブを開く"→"その他"を選択します。
メニューから"ファイル"→"インポート"を選択してダイアログを開き、"一般"の"既存プロジェクトをワークスペースへ"を選択し、"次へ"ボタンを押します。 コンパイルこのあとプロジェクトは自動的にビルドされます。ステータスバーの右下にインジケータが表示され、ビルドが終了すると、表示が消えます。 エクスポート
jp.go.aist.hrp.joystickを選択して右クリックメニューから"ファイル"→"エクスポート"を選択してダイアログを開き、"プラグイン開発"の"デプロイ可能なプラグインおよびフラグメント"を選択し、"次へ"ボタンを押します。 インストールEclipseを一旦終了し、出来上がったジョイスティックのプラグインをEclipseのpluginsディレクトリにコピーして、-cleanオプションを指定してEclipseを起動します。 ネームサーバの起動CORBAやOpenRTMでは、システム各所で生成されたオブジェクトを名前で参照するために、 通常「ネームサーバ」というプログラムを用います。 このためには、あらかじめネームサーバを起動しておく必要があります。 ネームサーバを起動するには以下のような方法があります。
GrxUI経由の起動だと、GrxUIの停止や再起動がOpenRTMのツールやコンポーネントの動作に 影響を与えてしまうため、ネームサーバは初めからずっと起動させた状態しておくとよいです。 以下にUbuntuとWindowsの場合の起動の例を示します. Ubuntuの場合Ubuntuの場合、パッケージとしてomniORBを入れると自動的にネームサーバも起動される ようになりますので、これを確認しましょう。 コマンドラインで $ ps ax | grep omniNamesと入力して、出力結果に"omniNames"のプロセスがあることを確認します. あればOKですし、なければ以下のようにして手動で起動しましょう。 $ sudo /etc/init.d/omniorb4-nameserver startここではUbuntuのデーモン用スクリプトを使いましたが、 omniNamesのコマンドを使ってもOKです。 Windowsの場合WindowsでOpenRTM-aistのインストーラ版をインストールすると、 スタートメニューの"OpenRTM-aist" - "C++" - "examples" 以下に、 ネームサーバを起動する項目 "Start Naming Service" が登録されますので、 これを使って起動しましょう。 ネームサーバが起動すると、以下のようなコンソール画面がでます。
ネームサーバ起動における注意omniORBのネームサーバomniNamesは、 登録内容をログファイルに保存し、 再起動された時に以前の登録内容を復活させるようになっています。 この仕組みが問題を起こすことがあるので注意が必要です. 例えば、DHCPなどでネットワークが変わってIPアドレスが変わると、 復活させた内容との不整合がおこるのか、ネームサーバを利用するシステムがうまく動作 しなくなったりします。 これを解消するには、ネームサーバ起動前に以前のログファイルを消去するようにします。 Ubuntuでは、 $ sudo /etc/init.d/omniorb4-nameserver stop $ sudo rm /var/log/omninames* $ sudo /etc/init.d/omniorb4-nameserver startなどとします。 ジョイスティックビューの起動Eclipseを起動してGrxUI on Eclipseを起動します。 その後、ウィンドウメニュー→ビューの表示→その他→Joystickホルダー→Joystick Viewを選択して、JoystickプラグインViewを開きます。
このJoystick Viewの真ん中の丸い部分をマウスでドラッグして動かすことができます。 この丸い部分の位置が、ジョイスティックの傾きに相当します。
RTSystemEditorにおけるジョイスティックコンポーネントの確認ここで、RTSystemEditorを起動してジョイスティックコンポーネントがオブジェクトとして 認識されていることを確認してみましょう。 RTSystemEditorをインストールしたeclipseを起動してください。 eclipseが起動したらRTSystemEditorのパースペクティブを開きます。
TreeViewのlocalhostノードを開くと先ほど起動したジョイスティックコンポーネントに対応する、"Joystick0|rtc"という項目がみられます。
Joystick0|rtcの項目をクリックすると、プロパティーウィンドウに このコンポーネントのプロパティーが表示されます。
次に "Open New System Editor" ボタンを押して、"System Diagram" ビューを開き、"Name Service View" から コンポーネントJoystick0の項目をドラッグ＆ドロップしてください。 すると、ジョイスティックコンポーネントに対応する箱が"System Diagram"上に 表示されます。
SystemDiagram上では、コンポーネントがもつポート間の接続を行います。 ここでは、ドラッグして表示された"Joystick0"の箱の右側に、２つ突起のようなものが ついていることに着目してください。 これがこのコンポーネントがもつポートです。 本サンプルでは上側についている、"pos"というジョイスティックの傾きを出力するポートを使います。 コントローラコンポーネントの生成・起動コンポーネントの実際の動作に対応する部分（コアロジックと呼ぶ）は、コンポーネント開発ユーザが記述する必要があります。 サンプルのコントローラコンポーネントの生成・起動を説明します。 コンポーネントのコンパイル"sample/JoystickControl/Controller" 以下にサンプルのソースファイルがございます。このソースを確認・コンパイルを行ってください。
Windowsでは、Visual C++ からJoystickController.slnを開く前に "copyprops.bat"を実行してOpenRTMのetcディレクトリから "rtm_config.vsprops" を コピーします。 Linuxでは、Controlelr ディレクトリにて $ make -f Makefile.JoystickControllerとしてコンパイルを行ってください. コントローラコンポーネントの起動前節で作成したコンポーネントを起動し、 システムにおいて利用できるようにしましょう。 OpenRTMのコンポーネントを起動する方法はいくつかありますが、 今回の例では、コンパイルして作成された実行ファイルを実行することで、 コンポーネントを生成することができます。 rtc.confの修正
コンポーネントを起動する前に、
コンポーネント実行時の挙動を設定する "rtc.conf" というファイルを変更しておく必要があります。 corba.nameservers: localhost naming.formats: %n.rtc exec_cxt.periodic.type: SynchExtTriggerEC OpenHRPのコントローラの場合、今のところはnaming.formatsとexec_cxtを以上のように設定する必要があります。 exec_cxt は，コンポーネントの "onExecute" 関数をどのように駆動させるかを決定する 「実行コンテキスト」の種類を指定します． コントローラのコンポーネントをOpenHRPと接続してシミュレーションを行う場合は， シミュレーション中の世界における時間の進みと同期してコントローラを動かす必要があります． これを実現するために， "SynchExtTriggerEC" という実行コンテキストを設定します． なお、rtc.confに記述する設定内容の詳細は、OpenRTMのマニュアルを参照してください。 上で設定した以外にも，様々な設定項目が用意されていますし， ユーザが独自の設定項目を記述することも可能です． また、rtc.confの読み込みについては、カレントディレクトリに置く以外にも、 コマンドラインから読み込むファイルを指定するなどの方法もあります。 それらの詳細もOpenRTMのマニュアルをあたってください。 コントローラの起動Windowsの場合componentsディレクトリ以下にできたファイル(JoystickControllerComp.exe と JoystickController.dll)を sample/JoystickControl/Controller/ にコピーします。コマンドライン上でこの Controller フォルダに移動し、JoystickControllerComp.exe を実行してください。 Linuxの場合コマンドライン上で Controller フォルダに移動し、./JoystickControllerCompとします。 RTSystemEditorによるコンポーネントの確認コントローラのコンポーネントがうまく起動していれば、RTSystemEditorの"Name Service View"において、 図9のように、"JoystickController0|rtc" という項目が追加されているはずです。
ここでコンポーネントの名前が JoystickController0 というように 最後に数字が付加されているのは、これがコンポーネントの「インスタンス」だからです。 本サンプルでは、"JoystickController"というのはコンポーネントの「型名」（"Module name"とも言う） であり、これが実際に生成された「インスタンス」は複数個生成され得るものなので、 それらを区別するため、OpenRTMでは通常型名に続いて数字を付加しインスタンス名とするようになっています。 今回のインスタンス名である "JoystickController0" は後ほどの設定でも参照するので、覚えていてください。 TkJoyStickコンポーネントと同様に、JoystickControllerもSystemDiagram上に ドラッグして表示させましょう。
JoystickController0の箱には4つの突起がついており、 これがRTCBuilderで設定した各ポートに対応します。 ポートの上にマウスをもっていくと、そのポートの情報が表示されますので、 各ポートについて確認してみてください。 TkJoystick0とJoystickController0のポート接続は後ほど行います。 コントローラブリッジOpenHRP3では、シミュレーション対象のモデルとコントローラコンポーネントとの接続を、 「コントローラブリッジ」というプログラムが行います。 このプログラムは、OpenHRP3フォルダの "bin/openhrp-controller-bridge" という実行ファイルです。 (Windowsの場合は openhrp-controller-bridge.exeです。） コントローラブリッジの設定コントローラブリッジの設定には、 実行ファイル起動時に与えるコマンドラインオプションを用いることができます。 本サンプルでは、オプションを記述したシェルスクリプトファイルを作成しておき、 そのファイルを用いてコントローラブリッジを起動することにします。 以下の内容で "JoystickController.sh" というファイルが作成することにします。 (ソースの "sample/JoysticControl/Controller" 以下に入れてあります。 Windowsでは同様の内容を "JoystickController.bat" というバッチファイルとして作成してあります。) openhrp-controller-bridge \ --server-name JoystickController \ --out-port angle:JOINT_VALUE \ --out-port velocity:JOINT_VELOCITY \ --in-port torque:JOINT_TORQUE 以下に各オプションの内容を示します。
コントローラブリッジの起動以上の設定でコントローラブリッジを起動します。 Windowsの場合はエクスプローラ上でダブルクリックするなどして、 作成したバッチファイル "JoystickController.bat" を実行しましょう。 コマンドラインから起動する場合は、Controllerディレクトリに移動してから 起動してください。これは、コントローラブリッジが生成するRTコンポーネントも 先ほど作成したrtc.confの設定を必要とし、これをカレントディレクトリから読み込むためです。 コントローラブリッジが起動すると、シミュレーション対象のモデルに対応するRTコンポーネントが オプションの内容に従って生成されます。RTSystemEditor上からこれを確認してみましょう。 "Name Service View" にて "JoystickController(Robot)0" というコンポーネントが追加されていることを確認し、 これを例によって"SystemDiagram"上へドラッグしてください。 このコンポーネントが、シミュレーション対象のモデルに対応するコンポーネントになります。
RTSystemEditor上で"JoystickController(Robot)0"のポートを確認してください。 コントローラブリッジのオプション "--out-port" と "--in-port" で設定したポートが 備わっているのが分かると思います。 以上でシミュレーションに必要なコンポーネントがそろいました。 シミュレーションプロジェクトモデルの配置とモデルに対するコントローラの対応付けを、 GrxUI上でシミュレーションプロジェクトとして作成します。 シミュレーションプロジェクトの作成法に関する詳細は別途GrxUIのマニュアルをみていただくとして、 ここでは既に設定したプロジェクトを読み込んでみましょう。GrxUIを起動し、sample/JoysticControl 以下の "SimulationProject.xml"をプロジェクトとして読み込んでください。 するとGrxUI上に車輪型機構が床の上にある状態が表れます。
"Controller View"にて、車輪型機構のモデルに"JoystickController"を指定してあります。 これはコントローラブリッジのオプション "--server-name" で指定した名前です。 コントローラブリッジは既に起動してあるので、この名前のサーバにアクセス可能となっており、 シミュレーション開始時にサーバとの接続が行われます。 RTSystemEditorを用いたジョイスティックとコントローラの接続シミュレーション前の準備として、 RTSystemEditorを用いてジョイスティックコンポーネントとコントローラコンポーネントとの接続を行います。 RTSystemEditorのSystemDiagram上では既に３つのコンポーネントが表示されていると思います。 ここで、"TkJoystick0"の右上にある"pos"ポートから"JoystickController0"の左下にある"command"ポートへ、 マウスのドラッグを行います。 そこで現れるダイアログで"OK"とすると、図13のようにドラッグしたポート間が線で結ばれます。
これは、ポート"pos"と"command"がOpenRTMシステムにおいて接続されたことを示しています。 これで、ジョイスティックの倒れ具合が、コントローラへのコマンド入力として与えられることになります。 同様に、"JoystickController0"のangle, velocity, torqueのポートと、 "JoystickController(Robot)0" の同名のポートも接続を行います。これで、３つのコンポーネントの間の 接続が完了します。 ただし、ジョイスティックからのポート出力を有効にするために、ジョイスティックコンポーネントの active 化を行う必用があります。 "Joystick0" を右クリックすると表示されるメニューから "Active" を選択します。 するとジョイスティックコンポーネントの色が青から緑へ変換します。 これでシミュレーション開始をするための準備が整いました。シミュレーション開始前のRTSystemEditorの様子 が図14のようであることを確認してください。
シミュレーション開始後にRTSystemEditorをみれば、 図15のようにジョイスティックコンポーネントが active になっていること（青から緑へ）が確認できます。
シミュレーションの開始とジョイスティック操作では、シミュレーションを開始してみましょう。 GrxUIの"Start Simulation"ボタンをクリックします。 シミュレーションが開始しても、車輪モデルは停止していると思います。 この状態であらかじめ起動しておいたジョイスティックのウィンドウ上で、 ジョイスティックの操作を行ってください。 ジョイスティックの左右がステアリング、上下が駆動力に対応しており、 ラジコンのようにモデルを操作できます。 コントローラコンポーネントの開発サンプルということで準備してあるコントローラコンポーネントでジョイスティックを動作させましたが、もちろん、コントローラコンポーネントの開発を行うこともできます。コントローラコンポーネントの開発を行う際、以下の説明を参考にしてください。 RTCBuilderを用いたコントローラコンポーネント雛形の作成プロジェクトの新規作成
RTCBuilderのパースペクティブを開きます。 モジュール設定Eclipseのツールボタン"Open New RtcBuilder Editor"ボタンまたはファイルメニュー"Open New RtcBuilder Editor" をクリックすることで、コンポーネントプログラムの雛形を作成するRTCBuilderのウィンドウが 表れます。 この中の項目を埋めていくことにより、比較的簡単にコンポーネントの雛形コードを作成することができます。 今回作成するコントローラの設定を保存したものが、 OpenHRP3展開フォルダの sample/JoystickControl/JoystickController.xml にあります。 RTCBuilderの基本タブ・ウィンドウ"Profile Import"ボタンをクリックすることで開く、 ファイルオープンダイアログからJoystickController.xmlを読み込んでみてください。 では、RTCBuilderにおける設定内容をみていきましょう。 基本タブ・ウィンドウ "RT-Component Basic Profile"の項目では、コンポーネントの名前（正確には型名）や、各種メタ情報、 動作のタイプなどを設定します。 今回は、"Module name" を "JoystickController"とし、コントローラのコンポーネントを作成することにします。 ポートの設定基本タブ・ウィンドウからデータポートタブ・ウィンドウに切り替えてください。 "RT-Component Data InPort Profile" をみると、angle, velocity, command というポートが定義されているのが分かると思います。 angle, velocityはシミュレータから出力されるロボットの関節角、関節角速度を入力するためのポートです。 また、commandはジョイスティックコンポーネントが出力するx, y 位置を入力するためのポートで、 この入力値をもとにして、ロボットを制御するためのトルクを計算します。 後ほど、RTSystemEditorを用いてこのポートをジョイスティックの出力ポートを接続します。 "RT-Component Data OutPort Profile" に定義されているtorqueというポートが、 ロボットを制御するための関節トルク値を出力するポートです。
プログラミング言語の設定
言語・環境タブ・ウィンドウに切り替え、生成する雛形のプログラミング言語やコンパイル環境を指定します。
雛形の生成
基本タブ・ウィンドウの下部にある"Output Project"に名前を設定して、
"Generate"ボタン(図17：モジュールの設定項目参照)を押すことにより、
コンポーネントプログラムの雛形となるファイル群が生成されます。 エクスポートファイルの設定ワークスペースディレクトリに生成された雛形コードを直接コピーしてコード編集することも可能ですが、RTCBuilderのエクスポート機能を使えば必要なファイルだけを抽出できるようになります。 ここでは、Windows環境用のソリューションファイル、プロパティファイル、バッチファイル、Linux環境用のmakeファイル、READMEテキストファイルを出力するように設定します。ウィンドウメニュ→設定項目を選択して、設定ダイアログ(図20：エクスポートファイルの設定参照)を開き以下の通りに操作します。
1)左のTreeViewより "Export" を選択します。 エクスポート基本タブ・ウィンドウの下部にある"Export"ボタン(図17：モジュールの設定項目参照)を押下します。図22：RTコンポーネントのエクスポートが表示されるので、対象プロジェクトリストの"JoystickController"を選択します。 宛先ディレクトリを設定しOKボタンを押下します。 新規プロジェクトファイル作成時のみリソースの保管が開きますので、 OKボタンを押してディレクトリ選択ダイアログからワークスペースディレクトリ内のプロジェクト名ディレクトリを指定してください。 図23：RTコンポーネントのエクスポートの例で言うと C:/Documents and Settings/openhrp/workspace/Sample にあたります。
生成された雛形コードからVC2005用のソリューションファイルとプロジェクトファイルを除外して、 以下の節で説明するコーディングを施したものを sample/JoystickControl/Controller に用意しました。 コントローラコンポーネントのコーディング前項の操作によってRTCBuilderがコンポーネントの雛形は生成してくれますが、 コンポーネントの実際の動作に対応する部分（コアロジックと呼ぶ）は 当然ですがコンポーネント開発ユーザが記述する必要があります。 RTコンポーネントにおいてはその動作を記述する関数があらかじめいくつか定義されており、 開発者は動作の種類に応じてそれら関数を上書きすることで、 望みのコントローラを作成することができます。 今回のサンプルでは、それらの関数は雛形として生成された"JoystickController.cpp"上に実装しております。 以下に上書き可能な関数の一覧を示します．
以上の上書き可能な関数の詳細はOpenRTMのマニュアルを参照ください． ここでは，このようにいくつかの用途別に上書き可能な関数が定義されていて， それらのうち必要な部分を上書きしていくことで，コンポーネントの開発が行えるということが 理解できればよいかと思います． 今回実際に上書きする関数は，コンポーネント生成時の初期化を行う"onInitialize"メソッドと、 周期的に呼ばれ制御等を行う部分である"onExecute"メソッドの部分です． これらは上に一覧で挙げた関数の中でも，重要で使用頻度の高いものだと言えます． エラーにも対応可能なきちんとしたコントローラを作るためには，他のいくつかの関数も上書きすべきなのですが， 今回はあえて必要最低限の部分にしぼって，「完全ではないがとりあえず動く」という コンポーネントを作成手順を以下に説明いたします。 onInitializeメソッドの上書き"JoystickController.cpp"において、初期状態ではonInitialize関数はコメントアウトされています。 このコメントアウト部分を有効化して、以下のように記述します。
RTC::ReturnCode_t JoystickController::onInitialize()
{
// ポート初期化
m_torque.data.length(4);
return RTC::RTC_OK;
}
ここでは、トルクの出力ポートにおけるdouble配列のサイズを、 ロボットの関節数にあわせて４に設定しています。 入力ポートに関しては、出力側がサイズを決定しますので、今回は特に初期化等はしていません。 なお、cppファイルの変更とあわせて、ヘッダファイル"JoystickController.h"の対応する関数の コメントアウトも解除しておきます。 onExecuteメソッドの上書き制御コードを記述するonExecute関数は、 少し複雑ですが以下のような実装を行うことにします。 この関数に関しても、ヘッダファイルにて対応する部分も有効化しておきましょう。
RTC::ReturnCode_t JoystickController::onExecute(RTC::UniqueId ec_id)
{
// ロボットからのデータ入力
m_angleIn.read();
m_velocityIn.read();
double steerAngle = m_angle.data[0];
double steerVel = m_velocity.data[0];
double tireVel = m_velocity.data[1];
// ジョイスティック（ユーザ）からのデータ入力
m_commandIn.read();
double steerCommandAngle = 3.14159 * -0.5 * m_command.data[0] / 180.0;
double tireCommandVel = m_command.data[1] / 10;
// ステアリングトルク計算
double steerCommandTorque = 20.0 * (steerCommandAngle - steerAngle) - 2.0 * steerVel;
// 駆動トルク計算
double tireCommandTorque = 1.0 * (tireCommandVel - tireVel);
// ロボットへのトルク出力
m_torque.data[0] = steerCommandTorque;
m_torque.data[1] = tireCommandTorque;
m_torque.data[2] = tireCommandTorque;
m_torque.data[3] = tireCommandTorque;
m_torqueOut.write();
return RTC::RTC_OK;
}
ここではジョイスティックからの入力のうち、最初の要素であるx値をステアリングの目標角に設定し、 ２番目の要素であるy値を駆動速度の目標値として設定します。 その上でそれら目標値に追従するよう、適当なゲインを用いてステアリングと駆動輪のトルクを決定しています。 |
