use_sim_timeパラメータとは#
概要#
use_sim_timeはROSのパラメータの一つでありシミュレーション環境を使用する際の時刻管理を制御する重要な設定である．このパラメータを理解することでシミュレーション環境と実機環境の違いを適切に扱えるようになる．
ROS 1とROS 2で設定方法が異なるため，それぞれについて説明する．
use_sim_timeの役割#
実機環境での時刻管理#
通常実機でロボットを動かす場合ROSノードは実際の時計（システムクロック） を使用する．
rospy.Time.now()やros::Time::now()は現在のシステム時刻を返すセンサデータのタイムスタンプは実際の時刻が記録される
タイムアウト処理や周期的な処理は実時間で動作する
シミュレーション環境での時刻管理#
一方Gazeboなどのシミュレータを使用する場合シミュレーション時刻を使用する必要がある．
シミュレーション時刻とは：
シミュレータ内部で管理される仮想的な時刻
シミュレーションの実行速度に応じて進む
一時停止すれば時刻も停止する
高速実行すれば時刻も速く進む
use_sim_timeパラメータの機能：
/use_sim_timeをtrueに設定するとROSノードは：
システムクロックではなく
/clocktopicから時刻を取得するGazeboなどのシミュレータが
/clocktopicにシミュレーション時刻をpublishするすべてのROSノードがシミュレーション時刻を使用するようになる
設定方法#
ROS 1での設定#
Gazebo使用時の設定#
Gazeboでシミュレーションを実行する場合はuse_sim_timeをtrueに設定する．
方法1: rosparamコマンドで設定
$ rosparam set /use_sim_time true
方法2: launchファイルで設定
<launch>
<param name="/use_sim_time" value="true" />
<!-- Gazeboや他のノードの起動 -->
</launch>
多くのシミュレーション用launchファイルでは自動的にこのパラメータが設定される．
実機使用時の設定#
重要：実機を使用する場合はuse_sim_timeをtrueに設定してはいけない．
実機でuse_sim_time=trueにするとロボットが正常に動作しなくなる．
理由：
ロボットの動作指令（例：follow_joint_trajectory）には動作開始時刻のタイムスタンプが含まれている．この時刻はコマンドを送信したノードが使用している時刻系に基づいて設定される．
use_sim_time=trueの場合：ノードは
/clockトピックからシミュレーション時刻を取得する実機のコントローラ：
/clockトピックを購読せずシステム時刻を使用している
この時刻の不一致により以下の問題が発生する：
動作指令のタイムスタンプがシミュレーション時刻（例：123秒）
実機コントローラはシステム時刻（例：1234567890秒）で判断
「過去の指令」または「未来すぎる指令」として拒否される
ロボットが動かない
正しい設定：
実機ではuse_sim_timeを設定しない（デフォルトでfalse）：
# 設定を確認
$ rosparam get /use_sim_time
# ERROR: Parameter [/use_sim_time] is not set ← これが正常
# もし誤ってtrueになっていたら削除またはfalseに設定
$ rosparam delete /use_sim_time
# または
$ rosparam set /use_sim_time false
ROS 2での設定#
ROS 2ではuse_sim_timeパラメータの扱いが異なる．ROS 1のようなグローバルパラメータではなく各ノードごとにパラメータを設定する必要がある．
Gazebo使用時の設定#
方法1: ros2 runコマンドで設定
$ ros2 run <package_name> <node_name> --ros-args -p use_sim_time:=true
方法2: launchファイルで設定
ROS 2のlaunchファイル（Python形式）で設定する場合：
from launch import LaunchDescription
from launch_ros.actions import Node
def generate_launch_description():
return LaunchDescription([
Node(
package='your_package',
executable='your_node',
name='your_node',
parameters=[{'use_sim_time': True}]
),
])
方法3: すべてのノードに一括設定
launchファイル内のすべてのノードに対してuse_sim_timeを設定する場合：
from launch import LaunchDescription
from launch.actions import SetParameter
from launch_ros.actions import Node
def generate_launch_description():
return LaunchDescription([
SetParameter(name='use_sim_time', value=True),
Node(
package='your_package',
executable='your_node1',
),
Node(
package='your_package',
executable='your_node2',
),
])
実機使用時の設定#
重要：実機を使用する場合はuse_sim_time=trueを設定してはいけない．
実機でuse_sim_time=trueにするとロボットが正常に動作しなくなる．
理由：
ROS 2でもROS 1と同様にロボットの動作指令（例：follow_joint_trajectory）には動作開始時刻のタイムスタンプが含まれており，この時刻はコマンドを送信したノードが使用している時刻系に基づいて設定される．
use_sim_time=trueの場合：ノードは
/clockトピックからシミュレーション時刻を取得する実機のコントローラ：通常は
/clockトピックを購読せずシステム時刻を使用している
この時刻の不一致により：
動作指令のタイムスタンプがシミュレーション時刻（例：123秒）
実機コントローラはシステム時刻（例：1234567890秒）で判断
「過去の指令」または「未来すぎる指令」として拒否される
ロボットが動かない
正しい設定：
実機ではuse_sim_timeを設定しない（デフォルトでfalse）：
# ノードを起動（use_sim_timeパラメータを指定しない）
$ ros2 run <package_name> <node_name>
# もし誤ってtrueになっているノードがあれば確認
$ ros2 param get /node_name use_sim_time
# 出力: Boolean value is: False ← これが正常
ROS 2での確認方法#
特定のノードのuse_sim_time設定を確認するには：
$ ros2 param get /node_name use_sim_time
例：
$ ros2 param get /robot_state_publisher use_sim_time
Boolean value is: True
use_sim_timeの確認方法（ROS 1）#
ROS 1で現在の設定を確認するには以下のコマンドを使用する：
$ rosparam get /use_sim_time
出力：
true: シミュレーション時刻を使用falseまたはERROR: Parameter [/use_sim_time] is not set: システム時刻を使用
なぜuse_sim_timeが必要なのか#
1. 時刻の一貫性#
シミュレーション環境では複数のROSノードが協調動作する際すべてのノードが同じ時刻を参照する必要がある．
問題の例（use_sim_timeがfalseの場合）：
Gazeboがシミュレーション時刻でセンサデータのタイムスタンプを設定
ROSノードがシステム時刻でデータを処理
時刻の不整合により以下の問題が発生：
TF（座標変換）のタイムスタンプエラー
センサフュージョンの失敗
タイムアウト処理の誤動作
解決（use_sim_timeがtrueの場合）：
すべてのノードが
/clocktopicからシミュレーション時刻を取得Gazeboとすべてのノードが同じ時刻を共有
正しく動作する
2. シミュレーションの再現性#
シミュレーション時刻を使用することでシミュレーションの結果を再現できる．
システム時刻を使うと実行するたびに異なる時刻が記録される
シミュレーション時刻を使うと同じ条件で実行すれば同じ時刻進行になる
デバッグやテストが容易になる
3. シミュレーション速度の制御#
シミュレーション時刻により実時間より速くまたは遅くシミュレーションを実行できる．
高速実行：長時間のシミュレーションを短時間で完了
スロー実行：詳細な観察やデバッグ
一時停止：状態の確認や分析
実際の使用例#
ROS 1: EusLispでシミュレーションを使用する場合#
EusLispはROS 1のみをサポートしているためGazeboシミュレーションを使用する際には必ずuse_sim_timeを設定する必要がある．
$ source ~/ros_ws/devel/setup.bash
$ rosparam set /use_sim_time true
$ roseus your-script.l
設定しないとどうなるか：
TFのエラーが発生する
センサデータのタイムスタンプが不整合になる
ロボットモデルの表示が正しく行われない
ROS 1: 実機とシミュレーションの切り替え#
同じプログラムで実機とシミュレーションを切り替える場合use_sim_timeの設定を必ず切り替える必要がある．
シミュレーション：
$ rosparam set /use_sim_time true
$ roslaunch your_package gazebo.launch
$ roseus your-script.l
実機：
# use_sim_timeを削除またはfalseに設定（重要！）
$ rosparam delete /use_sim_time
# または
$ rosparam set /use_sim_time false
$ roslaunch your_package real_robot.launch
$ roseus your-script.l
注意：シミュレーションから実機に切り替える際にuse_sim_timeをtrueのままにするとロボットが動作しない． follow_joint_trajectoryなどの動作指令の時刻が不一致になるためである．
ROS 2: Gazeboシミュレーションでの使用#
ROS 2でGazeboシミュレーションを使用する場合launchファイルでuse_sim_timeを設定する：
from launch import LaunchDescription
from launch.actions import SetParameter, IncludeLaunchDescription
from launch.launch_description_sources import PythonLaunchDescriptionSource
from launch_ros.actions import Node
import os
from ament_index_python.packages import get_package_share_directory
def generate_launch_description():
# Gazeboのlaunchファイルをインクルード
gazebo_launch = IncludeLaunchDescription(
PythonLaunchDescriptionSource([
os.path.join(get_package_share_directory('gazebo_ros'), 'launch', 'gazebo.launch.py')
])
)
return LaunchDescription([
# すべてのノードに対してuse_sim_timeをtrueに設定
SetParameter(name='use_sim_time', value=True),
gazebo_launch,
Node(
package='robot_state_publisher',
executable='robot_state_publisher',
name='robot_state_publisher',
),
Node(
package='your_package',
executable='your_controller',
name='your_controller',
),
])
コマンドラインから個別に起動する場合：
# Gazeboを起動
$ ros2 launch gazebo_ros gazebo.launch.py
# ノードをuse_sim_time=trueで起動
$ ros2 run robot_state_publisher robot_state_publisher --ros-args -p use_sim_time:=true
$ ros2 run your_package your_controller --ros-args -p use_sim_time:=true
/clock topicについて#
use_sim_timeがtrueの場合ROSノードは/clock topicから時刻を取得する．このtopicはROS 1とROS 2の両方で同じ役割を持つ．
ROS 1での/clock topic#
clockトピックの確認：
$ rostopic echo /clock
出力例：
clock:
secs: 123
nsecs: 456000000
---
clock:
secs: 124
nsecs: 456000000
---
clockトピックの型：
$ rostopic type /clock
rosgraph_msgs/Clock
ROS 2での/clock topic#
clockトピックの確認：
$ ros2 topic echo /clock
出力例：
clock:
sec: 123
nanosec: 456000000
---
clock:
sec: 124
nanosec: 456000000
---
clockトピックの型：
$ ros2 topic info /clock
Type: rosgraph_msgs/msg/Clock
Publisher count: 1
Subscription count: 5
Gazeboは自動的に/clock topicをpublishするが他のシミュレータを使用する場合は手動で設定が必要な場合がある．
トラブルシューティング#
TFのタイムスタンプエラー#
エラーメッセージ例：
Lookup would require extrapolation into the past
原因：
use_sim_timeが正しく設定されていないGazeboが
/clockをpublishしていない
解決方法：
$ rosparam set /use_sim_time true
# Gazeboを再起動
時刻が進まない#
症状：
rospy.Time.now()が更新されないタイムアウト処理が動作しない
原因：
use_sim_timeがtrueだが/clockがpublishされていない
解決方法：
# clockがpublishされているか確認
$ rostopic hz /clock
# publishされていなければGazeboを起動
$ roslaunch gazebo_ros empty_world.launch
# またはuse_sim_timeをfalseに
$ rosparam set /use_sim_time false
実機でロボットが動作しない#
症状：
実機を使っているのにロボットが動かない
follow_joint_trajectoryの動作指令を送っても反応しないTFエラーが出る（
Lookup would require extrapolation into the pastなど）センサデータが古いと警告が出る
原因：
use_sim_timeがtrueのままになっているシミュレーションから実機に切り替えた際に設定を変更し忘れている
なぜ動かないのか：
動作指令（follow_joint_trajectory）の時刻とコントローラの時刻が一致しないため：
コマンド送信ノード（
use_sim_time=true）：/clockトピックから時刻を取得（例：123秒）動作指令のタイムスタンプ：123秒で開始するように設定される
実機コントローラ：システム時刻を使用（例：1234567890秒）
判定：「123秒はもう過ぎた（過去の指令）」として拒否される
結果：ロボットが動かない
解決方法：
ROS 1の場合：
# use_sim_timeを確認
$ rosparam get /use_sim_time
true # ← trueになっている場合は削除またはfalseに設定
# 削除する
$ rosparam delete /use_sim_time
# または falseに設定
$ rosparam set /use_sim_time false
# すべてのノードを再起動
ROS 2の場合：
# 各ノードのuse_sim_timeを確認
$ ros2 param get /controller_manager use_sim_time
Boolean value is: True # ← trueになっている場合は修正が必要
# launchファイルからSetParameter(name='use_sim_time', value=True)を削除
# または各ノードのparametersからuse_sim_timeを削除して再起動
まとめ#
ROS 1での基本ルール#
Gazeboなどのシミュレータを使用する場合：
rosparam set /use_sim_time trueを実行シミュレータ起動後にROSノードを起動
実機を使用する場合：
絶対に
use_sim_time=trueを設定してはいけないデフォルトのまま（未設定）またはfalseに設定
システム時刻を使用
理由：follow_joint_trajectoryなどの動作指令の時刻が不一致になりロボットが動かなくなる
EusLispでシミュレーションを使用する場合：
必ず
rosparam set /use_sim_time trueを実行してからEusLispスクリプトを起動設定を忘れるとTFエラーなどが発生する
切り替え時の注意（重要）：
シミュレーションから実機に切り替える際は必ず
use_sim_timeを削除またはfalseに戻す設定を変更し忘れるとロボットが動作しない
すべてのノードを再起動して設定を反映させる
ROS 2での基本ルール#
Gazeboなどのシミュレータを使用する場合：
launchファイルで
SetParameter(name='use_sim_time', value=True)を設定またはコマンドラインで
--ros-args -p use_sim_time:=trueを指定各ノードごとに設定が必要
実機を使用する場合：
絶対に
use_sim_time=trueを設定してはいけないデフォルトのまま（未設定）にする
システム時刻を使用
理由：follow_joint_trajectoryなどの動作指令の時刻が不一致になりロボットが動かなくなる
切り替え時の注意（重要）：
シミュレーションから実機に切り替える際は必ずlaunchファイルから
use_sim_time設定を削除設定を変更し忘れるとロボットが動作しない
すべてのノードを再起動して設定を反映させる
ROS 1とROS 2の違い#
項目 |
ROS 1 |
ROS 2 |
|---|---|---|
パラメータの種類 |
グローバルパラメータ |
ノード単位のパラメータ |
設定方法 |
|
|
設定範囲 |
すべてのノードに自動適用 |
各ノードごとに設定が必要 |
確認方法 |
|
|
use_sim_timeを正しく設定することでシミュレーション環境と実機環境の両方でスムーズにロボットプログラミングができるようになる．