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Livox Mid-360をROS1/ROS2で動かしてみた

keisuke.kimura
に公開
ROS2
ROS1
tech

はじめに

先日、Livox社から新たにMid-360という40mレンジの3D LiDARが発売されました。
一式、おおむね10万円程度で購入可能です。(2023年1月現在)
視野角も360° x 59°(仰角)と特徴的であり、Velodyne等と差別化した運用ができると期待しています。

弊社でも、早速入手してROS1/ROS2で動かしてみました。

弊社所有Mid-360と自作ケーブル
mid-360
※ 弊社自作ケーブルはMid-360クイックスタートガイド内のピン配置を参考に作成しました。

動作確認環境

動作確認に用いた環境は以下の通りです。

  • ROS1
    • Ubuntu 18.04
    • Melodic (desktop full)
  • ROS2
    • Ubuntu 22.04
    • Humble (desktop full)
  • Livox-SDK2：v1.0.1
  • livox_ros_driver2：v1.1.1

ネットワーク設定(ROS1/ROS2共通)

(Mid-360クイックスタートガイド p.23, 2023/01/24)

Livox Mid-360は、動的IPアドレスモードと静的IPアドレスモードの2つのIPモードに対応しています。すべての Livox Mid-360 LiDAR センサーは、初期設定で静的 IP アドレスモード（IP アドレス 192.168.1.1XX）に設定されます。（XX は、Livox Mid-360 LiDAR センサーのシリアル番号の末尾 2 桁です）｡ Livox Mid-360LiDAR センサーの初期設定時のサブネットマスクはすべて 255.255.255.0、デフォルトゲートウェイは192.168.1.1 です。初めて使用する場合は Livox Mid-360 をパソコンに直接接続します。

こちらから入手可能な公式クイックスタートガイドより、Mid-360はシリアル番号の末尾2桁に応じて192.168.1.1XX/24のいずれかに設定されます。弊社のMid-360のシリアル番号末尾2桁は02でしたので、192.168.1.102/24となります。

本記事では、ホストPC側の設定は192.168.1.200/24としております。この状態で192.168.1.102にpingを飛ばして応答があることを確認します。

$ ip a
≪中略≫
3: enx9096f34afb12: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc fq_codel state UP group default qlen 1000
    link/ether 90:96:f3:4a:fb:12 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.1.200/24 brd 192.168.1.255 scope global noprefixroute enx9096f34afb12
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::1b9b:8384:3f4c:46c9/64 scope link noprefixroute 
       valid_lft forever preferred_lft forever
≪中略≫
$ ping 192.168.1.102
PING 192.168.1.102 (192.168.1.102) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 192.168.1.102: icmp_seq=1 ttl=255 time=3.05 ms
64 bytes from 192.168.1.102: icmp_seq=2 ttl=255 time=1.88 ms
64 bytes from 192.168.1.102: icmp_seq=3 ttl=255 time=0.642 ms

Mid-360を起動するために、まずLivox LiDAR用のSDK(Livox_SDK2)の導入し、動作確認を行います。
その後、ROS用ドライバーであるlivox_ros_driver2を導入してROS1/ROS2での点群可視化を行います。

Livox_SDK2導入(ROS1/ROS2共通)

Livox_SDK2ビルド・インストール

Livox SDK2をREADMEに従ってインストールします。

$ cd $HOME
$ git clone https://github.com/Livox-SDK/Livox-SDK2 -b 1.0.1
$ cd $HOME/Livox-SDK2/ && mkdir build && cd build
$ cmake .. && make -j
$ sudo make install

Livox_SDK2動作確認

サンプルプログラムlivox_lidar_quick_startでLivox_SDK2を介してMid-360と通信可能できるかを確認します。
デフォルトの設定ファイルではホストPCのIPアドレスが192.168.1.5となっています。
その為、自環境に合わせて設定ファイルを書き換えます。

$ sed -i "s/192.168.1.5/192.168.1.200/g" $HOME/Livox-SDK2/samples/livox_lidar_quick_start/mid360_config.json

diff --git a/samples/livox_lidar_quick_start/mid360_config.json b/samples/livox_lidar_quick_start/mid360_config.json
index e203497..07620db 100644
--- a/samples/livox_lidar_quick_start/mid360_config.json
+++ b/samples/livox_lidar_quick_start/mid360_config.json
@@ -8,15 +8,15 @@
                        "log_data_port": 56500
                },
                "host_net_info" : {
- "cmd_data_ip" : "192.168.1.5",
+                       "cmd_data_ip" : "192.168.1.200",
                        "cmd_data_port": 56101,
- "push_msg_ip": "192.168.1.5",
+                       "push_msg_ip": "192.168.1.200",
                        "push_msg_port": 56201,
- "point_data_ip": "192.168.1.5",
+                       "point_data_ip": "192.168.1.200",
                        "point_data_port": 56301,
- "imu_data_ip" : "192.168.1.5",
+                       "imu_data_ip" : "192.168.1.200",
                        "imu_data_port": 56401,
- "log_data_ip" : "192.168.1.5",
+                       "log_data_ip" : "192.168.1.200",
                        "log_data_port": 56501
                }
        }

設定完了後、以下のコマンドを実行してください。
Mid-360との接続に成功し、点群情報が取得できていれば問題ありません。

$ cd $HOME/Livox-SDK2/build/samples/livox_lidar_quick_start/
$ ./livox_lidar_quick_start ../../../samples/livox_lidar_quick_start/mid360_config.json
[2023-01-20 12:02:04.520] [console] [info] Livox lidar logger disable.  [parse_cfg_file.cpp] [Parse] [84]
[2023-01-20 12:02:04.520] [console] [info] Data Handler Init Succ.  [data_handler.cpp] [Init] [49]
[2023-01-20 12:02:04.521] [console] [info] Init livox lidars succ.  [device_manager.cpp] [Init] [153]
[2023-01-20 12:02:04.523] [console] [info] Handle detection data, handle:1711384768, dev_type:9, sn:47MDKBV0010102, cmd_port:56100  [general_command_handler.cpp] [HandleDetectionData] [345]
point cloud handle: 1711384768, data_num: 96, data_type: 1, length: 1380, frame_counter: 0
point cloud handle: 1711384768, data_num: 96, data_type: 1, length: 1380, frame_counter: 0
point cloud handle: 1711384768, data_num: 96, data_type: 1, length: 1380, frame_counter: 0
point cloud handle: 1711384768, data_num: 96, data_type: 1, length: 1380, frame_counter: 0
[2023-01-20 12:02:04.525] [console] [info]  Receive Ack: Id 257 Seq 3  [mid360_command_handler.cpp] [Handle] [73]
[2023-01-20 12:02:04.525] [console] [info] Query Fw type succ, the fw_type:1  [general_command_handler.cpp] [QueryFwTypeCallback] [489]
point cloud handle: 1711384768, data_num: 96, data_type: 1, length: 1380, frame_counter: 0
≪中略≫

livox_ros_driver2導入

livox_ros_driver2のREADMEより、パッケージ内にあるbuild.shを使用してビルドを行います。
livox_ros_driver2はROS1/ROS2で兼用となっており、各環境ごとに細かい仕様が異なり、build.shを使用せずにROSワークスペースディレクトリ直下でcatkin_makeやcolcon buildを行ってもビルドに失敗するので注意が必要です。

ROS1ビルド

ROS1では、以下のコマンドでビルドが可能です。

$ mkdir $HOME/livox_ws/src -p && cd $HOME/livox_ws/src
$ git clone https://github.com/Livox-SDK/livox_ros_driver2 -b 1.1.1
$ cd livox_ros_driver2
$ ./build.sh ROS1

ROS1ビルドコマンドについて

ROS1でのlivox_ros_driver2のデフォルトビルドコマンドは次のようになっています。

catkin_make -DROS_EDITION=${VERSION_ROS1}

ROS_EDITIONはCMakeLists.txt内でROS1とROS2の処理を分けるために使用しています。
ビルドモードの指定はありませんが、CMakeLists.txt内のここでCMAKE_BUILD_TYPEにReleaseをセットしており、自動的にRelaseビルドになっています。

ROS2ビルド

ROS2 Humbleでは、以下のコマンドでビルドが可能です。

$ mkdir $HOME/livox_ws/src -p && cd $HOME/livox_ws/src
$ git clone https://github.com/Livox-SDK/livox_ros_driver2 -b 1.1.1
$ cd livox_ros_driver2
$ ./build.sh humble

READMEより、ROS2 Humbleより古いdistroを使用する場合は./build.sh ROS2を実行してください。
ROS2 Humbleからrosidl_typesupport_cppの仕様変更によりカスタムメッセージ作成の処理を内部で分岐させているようです。

ROS2ビルドコマンドについて

ROS2でのlivox_ros_driver2のデフォルトビルドコマンドは次のようになっています。

colcon build --cmake-args -DROS_EDITION=${VERSION_ROS2} -DHUMBLE_ROS=${ROS_HUMBLE}

ROS1のビルドコマンドと同様にROS_EDITION・HUMBLE_ROSはCMakeLists.txt内での処理分岐に使用しています。
一方、ROS1と異なり、CMakeLists.txt内部でビルドモードを設定する処理が存在しないため、Debugビルドとなっています。
また、--symlink-installオプションが付与されておらず、パッケージ内のconfigやlaunchを書き換える度に./build.shの再実行が必要なります。
その為、少なくともlivox_ros_driver2 v1.1.1では以下のようにビルドコマンドを書き換えておくことを推奨します。

colcon build --symlink-install --cmake-args -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release -DROS_EDITION=${VERSION_ROS2} -DHUMBLE_ROS=${ROS_HUMBLE}

設定ファイルの更新(ROS1/ROS2共通)

Livox_SDK2動作確認と同様に起動時の設定ファイルを自環境に更新します。
livox_ros_driver2/config/MID360_config.json内のIPアドレスを以下のように更新してください。

# ホストPC IPアドレス更新
$ sed -i "s/192.168.1.5/192.168.1.200/g" $HOME/livox_ws/src/livox_ros_driver2/config/MID360_config.json
# Mid-360 IPアドレス更新
$ sed -i "s/192.168.1.12/192.168.1.102/g" $HOME/livox_ws/src/livox_ros_driver2/config/MID360_config.json

diff --git a/config/MID360_config.json b/config/MID360_config.json
index e3df5d1..2218f3e 100644
--- a/config/MID360_config.json
+++ b/config/MID360_config.json
@@ -11,13 +11,13 @@
       "log_data_port": 56500
     },
     "host_net_info" : {
- "cmd_data_ip" : "192.168.1.5",
+      "cmd_data_ip" : "192.168.1.200",
       "cmd_data_port": 56101,
- "push_msg_ip": "192.168.1.5",
+      "push_msg_ip": "192.168.1.200",
       "push_msg_port": 56201,
- "point_data_ip": "192.168.1.5",
+      "point_data_ip": "192.168.1.200",
       "point_data_port": 56301,
- "imu_data_ip" : "192.168.1.5",
+      "imu_data_ip" : "192.168.1.200",
       "imu_data_port": 56401,
       "log_data_ip" : "",
       "log_data_port": 56501
@@ -25,7 +25,7 @@
   },
   "lidar_configs" : [
     {
- "ip" : "192.168.1.12",
+      "ip" : "192.168.1.102",
       "pcl_data_type" : 1,

※ ROS2 Humbleで--symlink-installでのビルドを行っていない場合は、書き換え後再度./build.sh humbleを実行する必要があります。

Mid-360 ROS1/ROS2起動

ROS1・ROS2それぞれ以下のコマンドでMid-360の起動ができます。

ROS1

$ source $HOME/livox_ws/devel/setup.bash
$ roslaunch livox_ros_driver2 rviz_MID360.launch

ROS2

$ source $HOME/livox_ws/install/setup.bash
$ ros2 launch livox_ros_driver2 rviz_MID360_launch.py

コマンド実行後に起動するrviz上でMid-360の点群可視化ができました。
机等も細かく認識しており、全体的に精度が良さそうです。

（起動環境：弊社共用スペース）

ROS2上でノード情報を確認したところ/livox/lidarトピックが点群情報(sensor_msgs/msg/PointCloud2)・/livox/imuがIMU情報(sensor_msgs/msg/Imu)のようです。
それぞれ10[hz] (デフォルト)・200[hz]で配信されていました。

※点群形式や点群の配信周波数は変更可能です。詳細は後述のAppendixを参照ください。

$ ros2 node info /livox_lidar_publisher 
/livox_lidar_publisher
  Subscribers:
    /parameter_events: rcl_interfaces/msg/ParameterEvent
  Publishers:
    /livox/imu: sensor_msgs/msg/Imu
    /livox/lidar: sensor_msgs/msg/PointCloud2
    /parameter_events: rcl_interfaces/msg/ParameterEvent
    /rosout: rcl_interfaces/msg/Log
  Service Servers:
    /livox_lidar_publisher/describe_parameters: rcl_interfaces/srv/DescribeParameters
    /livox_lidar_publisher/get_parameter_types: rcl_interfaces/srv/GetParameterTypes
    /livox_lidar_publisher/get_parameters: rcl_interfaces/srv/GetParameters
    /livox_lidar_publisher/list_parameters: rcl_interfaces/srv/ListParameters
    /livox_lidar_publisher/set_parameters: rcl_interfaces/srv/SetParameters
    /livox_lidar_publisher/set_parameters_atomically: rcl_interfaces/srv/SetParametersAtomically
  Service Clients:
  Action Servers:
  Action Clients:
$ ros2 topic hz /livox/lidar 
average rate: 10.075
    min: 0.092s max: 0.109s std dev: 0.00472s window: 12
average rate: 10.037
    min: 0.092s max: 0.109s std dev: 0.00471s window: 22
$ ros2 topic hz /livox/imu 
average rate: 200.061
    min: 0.004s max: 0.006s std dev: 0.00056s window: 202
average rate: 200.019
    min: 0.004s max: 0.006s std dev: 0.00057s window: 402

今後の予定

今後は、Mid-360を用いてSLAMを行ってみる予定です。

Appendix

ROSノード実行時にliblivox_lidar_sdk_shared.soが見つからない場合

ノード実行時に以下のように、liblivox_lidar_sdk_shared.soが見つからずエラーになる場合があります。

[livox_ros_driver2_node-1] terminate called after throwing an instance of 'class_loader::LibraryLoadException'
[livox_ros_driver2_node-1]   what():  Could not load library dlopen error: liblivox_lidar_sdk_shared.so: cannot open shared object file: No such file or directory, at ./src/shared_library.c:99

その際は、ldconfigでライブラリキャッシュを更新することで解決します。

$ sudo ldconfig

Mid-360点群形式について

Mid-360はlivox_ros_driver2/msg/CustomMsgという独自形式の点群情報の配信も可能です。
README#32-livox-ros-driver-2-internal-main-parameter-configuration-instructions より、各launch内のパラメータxfer_formatを変更することで配信メッセージの変更ができます。

参考：ROS2の場合は以下のように変更します。

diff --git a/launch_ROS2/rviz_MID360_launch.py b/launch_ROS2/rviz_MID360_launch.py
index 31d3480..3e85a55 100644
--- a/launch_ROS2/rviz_MID360_launch.py
+++ b/launch_ROS2/rviz_MID360_launch.py
@@ -5,7 +5,7 @@ from launch_ros.actions import Node
 import launch

 ################### user configure parameters for ros2 start ###################
-xfer_format   = 0    # 0-Pointcloud2(PointXYZRTL), 1-customized pointcloud format
+xfer_format   = 1    # 0-Pointcloud2(PointXYZRTL), 1-customized pointcloud format
 multi_topic   = 0    # 0-All LiDARs share the same topic, 1-One LiDAR one topic
 data_src      = 0    # 0-lidar, others-Invalid data src
 publish_freq  = 10.0 # freqency of publish, 5.0, 10.0, 20.0, 50.0, etc.

$ ros2 topic info /livox/lidar 
Type: livox_ros_driver2/msg/CustomMsg
Publisher count: 1
Subscription count: 0

Mid-360配信周波数について

スペック表によると、Mid-360の配信周波数は10 Hz (typical)となっています。
しかし、こちらもREADME#32-livox-ros-driver-2-internal-main-parameter-configuration-instructions を見ると、各launch内のパラメータpublish_freqを変更することで最大100[hz]まで設定できそうです。

参考：ROS2の場合は以下のように変更します。

diff --git a/launch_ROS2/rviz_MID360_launch.py b/launch_ROS2/rviz_MID360_launch.py
index 31d3480..f8567e3 100644
--- a/launch_ROS2/rviz_MID360_launch.py
+++ b/launch_ROS2/rviz_MID360_launch.py
@@ -8,7 +8,7 @@ import launch
 xfer_format   = 0    # 0-Pointcloud2(PointXYZRTL), 1-customized pointcloud format
 multi_topic   = 0    # 0-All LiDARs share the same topic, 1-One LiDAR one topic
 data_src      = 0    # 0-lidar, others-Invalid data src
-publish_freq  = 10.0 # freqency of publish, 5.0, 10.0, 20.0, 50.0, etc.
+publish_freq  = 100.0 # freqency of publish, 5.0, 10.0, 20.0, 50.0, etc.
 output_type   = 0
 frame_id      = 'livox_frame'
 lvx_file_path = '/home/livox/livox_test.lvx'

$ ros2 topic hz /livox/lidar 
average rate: 100.017
    min: 0.009s max: 0.011s std dev: 0.00027s window: 102
average rate: 100.018
    min: 0.009s max: 0.011s std dev: 0.00027s window: 203
average rate: 100.019
    min: 0.009s max: 0.011s std dev: 0.00027s window: 304
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