ROSトピックロガーを設置する

December 22, 2023

この記事は

学ロボ Advent Calendar 2023 の22日目
金沢工業大学 Advent Calendar 2023 の22日目
です．
学ロボのアドカレで，MD製作欲が大きくなってます(なお当人は無知)．電子工作界隈って何かアクティブで良いですよね．

ロボコン寄りの記事になってます(ｽﾐﾏｾﾝ)．

環境

項目	値
ROS	ROS 2 humble
開発環境	Ubuntu22(wsl2)
docker	docker for windows(Hyper-V)

何がしたい?

ロボットの吐き出したデータをログに取って表示するって無限に必要だと思います．予定したタスクがなされてるか，制御系の性能はどれほどか，など．簡単なものだと受信したデータをcsvに入れてエクセルでプロットするとか．まあそれも面倒です．
チームで行うには共有が楽で，でもセキュアで何よりデータが消滅しないものが必要です．
2022年に上位コンピュータ+ROSを導入してから少しそこが楽になりました．しかし，皆が共通に使っているものはありません．ということでまずはROSトピックをDBに突っ込んで可視化するとこから始めます．
ロガーといってますが，厳密にはロガー(DB)+ビジュアライザーですね．

要求定義

目的に従って少し話し合いを行いました

全てのトピックの周波数を知りたい
浮動点少数型配列を表示したい<-多次元のものはデータの検索が面倒なので無しになった
文字列型を表形式にしたい
時間範囲指定が過去の秒単位でしたい
部内のネットワークからのみ閲覧できれば良い

良い感じのプロジェクト発見

ros2_monitor_grafana

InfluxDBに点を打って，Grafanaからクエリするってものです．
InfluxDBとは時系列データベースというもので，高速性やデータ圧縮に優れています．

(これより引用)
ちなみに，点を打つというのはsqlでいうレコードのことです．他にも，bucketはデータベース，organizationはユーザのグループに近い概念です．

Grafanaはデータの可視化・分析ができるwebアプリです．計算機のリソース使用状況などを表示したりするときに使っている人が多いイメージです．詳しくは調べてください．

もうこれでよいじゃん．って感じですが，データ(型の中身のこと)の保存とか部内での仕様を考える必要があります．

docker-composeを書く

以下の通り．
ホストOSでも後輩が動かしてたので大丈夫だと思います．

version: "2"
services:

  database:
    image: influxdb:2.4.0
    ports:
      - 8086:8086
    volumes:
      - ./influxdb/data:/var/lib/influxdb2
      - ./influxdb/config:/etc/influxdb2
    environment:
      - DOCKER_INFLUXDB_INIT_MODE=setup
      - DOCKER_INFLUXDB_INIT_USERNAME=my-user
      - DOCKER_INFLUXDB_INIT_PASSWORD=my-password
      - DOCKER_INFLUXDB_INIT_ORG=my-org
      - DOCKER_INFLUXDB_INIT_BUCKET=my-bucket
      - DOCKER_INFLUXDB_INIT_RETENTION=1w
      - DOCKER_INFLUXDB_INIT_ADMIN_TOKEN=my-super-secret-auth-token

  visualizer:
    image: grafana/grafana
    ports:
      - 3000:3000
    user: "472"
    volumes:
      - ./grafana:/var/lib/grafana
    depends_on:
      - database

それぞれデータやコンフィグをバインドマウントして配布性を上げています．

周波数を保存する

見つけたプロジェクトのものを使わせてもらいました．
トピックのリストを抽出してDBクライアントに引き渡します．

データを保存する

指定の型で出版されたトピックをそのまま入れてもよいのですが，制御用のトピックをそのまま使うのは勝手が悪いので
/log_hogeから始まるトピックだけを保存するようにしました．配列型はタグを追加し，要素番号でフィルタ出来るようにしました．
あとは，抽出されたトピックのリストからそれぞれ購読者を作ってデータをDBクライアントに引き渡します．

プログラム

テスト

てきとうな周波数で乱数を出版する浮動点少数配列型と，Hello World:%dなどとインクリメントする文字列を作りました．
先ほど作ったスクリプトを回して，DBクライアントを立ち上げます．
データソースを追加して，Grafanaからクエリします．InfluxDB 2系ではFluxというクエリ言語を使います．

from(bucket: "hoge-bucket")
  |> range(start: 0, stop: 1d)
  |> filter(fn: (r) => r["_measurement"] == "ros2_topic")
  |> filter(fn: (r) => r["_field"] == "topic_rate_hz")
  |> filter(fn: (r) => r["topic_name"] == "/topic_1000_ms")

こんな感じに書いて，適当にOR文とかで抽出するものを変えます．公式文書に詳しく書かれています(意外とこれしかない)．

良い感じですね．ここではウィンドウ(一定間隔でのレコードのグループ)を五秒毎に設定していますが，後で後輩が一秒毎に使えるようにしてくれました．
もちろん，過去の一定間を指定して振り返ることもできます．

ダッシュボードを使う

今はGUIをポチポチしてダッシュボードを作ってますが，テンプレートとしてjsonを吐かして適応することが出来ます．
個人的に考えているのは，用途別(足回り，アーム制御)などのダッシュボードと個人用のダッシュボードを作ってそれぞれのアカウントから見る仕様です．
まあそこはユーザが良い案を考えてくれるでしょう!

設置する

現状の部のネットワークからこのように設置することにしました．
省略しているところもありますが，なんとなくわかると思います．

ロガーのハードウェアはどんなものになるか分かりませんが，今のところタブレットパソコンを使うらしいので，制御用ルータと一緒に持ち運んで使えそうです．

まとめ

さらっとですが，どんなものを作ったかぐらいは分かっていただけたと思います．
実際，マルチプロセスでROSノードを動かしているだけなので，機能追加も楽だと思います．
ここら辺はロボット制御者がやるには少し荷が重いですが，有ると無いとではデバッグ速度が段違いなので，更新していってほしいですね．
幣部の制御班には画像認識などを行うカメラ班がありますが，こんな感じの基盤を管理する"インフラ班"なるものがあっても良いかもって思いました．