Revisão dos conceitos básicos de ROS

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Se você tem intenção de fazer os exercícios desta seção utilizando C++, sugere-se fortemente que procure sobre os seguintes conceitos da linguagem:

• Ponteiros;
• Alocação dinâmica;
• Ponteiros únicos, compartilhados e fracos;
• Lambdas;
• Makefile;
• Cmake;
• Parâmetros por valor, por ponteiro, por referência e por referência constante.

1. Workspaces e pacotes

Give me six hours to chop down a tree and I will spend the first four sharpening the axe.

Abraham Lincoln

Embora seja um passo frequentemente negligenciado por principiantes, a configuração adequada de um ambiente de desenvolvimento - tal qual a faca de um açougueiro - marca a diferença entre uma experiência de trabalho frustrante e aquela que pode ser utilizada por anos, sem causar qualquer tipo de fadiga antecipada. Sendo assim, para esta revisão, vamos primeiro olhar para como criar um ambiente propício para desenvolvimento de projetos com ROS.

Existe uma diferença palpável entre linguagens de programação mais antigas - como C++ e C - e suas irmãs mais novas e, no geral, mais bem quistas pelos desenvolvedores - como Zig, Rust e Go -; o sistema de gerenciamento e distribuição de projetos. Linguagens tão antigas quanto as da "família" C surgiram quando os programadores da época ainda vislumbravam vultos no fundo da caverna, vultos esses que eram projeções de um futuro que ainda estava longe de existir. Tenho certeza de que uma dessas formas responsáveis por projeções assombrosas era a de um gerenciador de pacotes.

Os desenvolvedores de ROS - tendo escolhido C++ como a linguagem base para o seu novo sistema - tiveram que dar forma a esse vulto. A solução deles envolve uma ferramenta chamada colcon, responsável pela construção de workspaces e pacotes.

Um pacote consiste em uma unidade coesa de sistema desenvolvido em ROS. Pela natureza da própria ferramente, que permite sistemas com baixíssimo acoplamento, convencionou-se a criação de pacotes que seguem uma filosofia que muito se assemelha ao preconizado por sistemas baseados em Unix.

Pela natureza modular de pacotes, ainda se faz necessário o uso de workspaces, que servem para agregar um ambiente de desenvolvimento que pode conter um ou mais pacotes. A vantagem de se ter uma workspace é poder compilar e distribuir pacotes que tenham forte relação entre si - como todos os pacotes que servem para fazer um robô como o Turtlebot funcionar.

Exercício 1

Siga o tutorial oficial e crie um workspace ROS.

Exercício 2

Crie um pacote em ROS seguindo o tutorial oficial.

2. Tópicos

Tópicos são a forma de comunicação mais comum oferecida pelo framework ROS. Entenda um tópico como o canal onde se dá a comunicação entre os nós produtores - ou aqueles que publicam algo - e os nós consumidores - ou aqueles que se inscrevem nos tópicos -; ou seja, o tópico é um fluido que sustenta a implementação do padrão observer utilizando amplamente em ROS.

Exercício 3

Utilizando Python ou C++, adicione ao seu pacote um nó capaz de publicar a mensagem "Ola, mundo" em um tópico chamado "teste". Ainda no mesmo pacote, crie um nó capaz de se inscrever no tópico "teste" e, consumindo a mensagem enviada, exibe-a no terminal.

Exercício 4

Crie um novo pacote em seu workspace - utilizando como base o pacote que implementa o turtlesim - e, nele, crie um nó capaz de enviar comandos para a tartaruga simulada, recebendo como entrada valores digitados pelo usuário diretamente no terminal.

3. Serviços

Embora a estrutura oferecida pelo padrão observer tenha vantagens muito claras - como a drástica diminuição do acoplamento entre os nós do sistema -, ela não é uma bala de prata, que pode ser utilizada em qualquer ocasião sem qualquer sorte de desvantagem. O custo cobrado por esse sistema com baixo acoplamento é a incapacidade de garantir sincronia na comunicação entre os nós. Esta qualidade, no entanto, é uma das características marcantes de um dos padrões de arquitetura mais comum e que sustenta a esmagadora maioria dos serviços web; o padrão cliente-servidor.

Em ROS, existe a possibilidade de adotar esse padrão de comunicação através do uso de serviços. Quando usamos serviços, passa a existir a relação de cliente e servidor entre os nós envolvidos. Com efeito, passa a ser necessário que o cliente faça um requisição, que deve ser respondida em tempo hábil pelo nó responsável por servir uma resposta ao cliente.

Exercício 5

Utilizando a interface padrão AddTwoInts, crie um serviço que, quando chamado, some dois valores inteiros - contidos na requisição - e retorne como resposta o resultado da soma.