ros ülevaade, roboti juhtimine ros koolitus õpetajatele · copyright 2019, litsents cc by-nd-nc,...

Copyright 2019, Litsents CC BY-ND-NC, Madis Kaspar Nigol, Veiko Vunder, Renno Raudmäe, Karl Kruusamäe

ROS ülevaade, roboti juhtimineROS koolitus õpetajatele

(LTTI.TK.003)

Veiko VunderJuuni 2019

Männiku Metsatalu


Millest oli juttu eile?Linux, käsurida, ROS ja geometry_msgs/Twist sõnumitüüp

2


Tänased teemad

• 09:00 - 10:00 ROS ülevaade? Võimalused ja failisüsteem• 10:00 - 10:15 Kohvipaus• 10:15 - 11:00 ROS programmide käivitamine ja tähtsamad sõlmed• 11-00 - 12:00 Roboti sensorinfo kuvamine• 12:00 - 13:00 Lõuna• 13:00 - 14:15 Roboti programmeerimine: ülesanded simulaatoril• 14:15 - 14:30 Kohvipaus• 14:30 - 16:00 Roboti programmeerimine: ülesanded robotil• 19:00 - ... Õhtusöök

3


ROS: võimalused ja failisüsteem

4


Mis on ROS?

• Tarkvararaamistik ja töövahendid robotite programmeerimiseks• Palju pisikesi programme, mis omavahel suhtlevad• ROSi abil loodud programmid saab üle kanda teistele robotitele• Ettevõtlussõbralikud tarkvaralitsentsid• Avatud platform teadlastele ja õpilastele programmide jagamiseks• Kogukond (kogu maailm kasutab ROSi)

5


ROS ajalugu lühidalt

• Välja kasvanud 00’ndatel Stanfordi Ülikoolist

• Ametlik algus 2007, Willow Garage

• Open Source Robotics Foundation (OSRF)

6


ROS ja kilpkonnad?

7


ROS Industrial

• Sai alguse 2012• Yaskawa• SWRI• Willow Garage

• Fokuseeritud tehnilised projektid• Kuni 2 aastat ainult liikmetele• Esindatud kolmes piirkonnas:

• ROS Industrial Americas• ROS Industrial Europe• ROS Industrial Asia - Pacific

8

Saad vastu

FTP

Maksad


ROS Industrial

9


ROSi põhiterminid

10

Tuum (roscore) – alati taustal, viib sõlmi omavahel kokku

Sõlm (node) – konkreetsele ülesandele pühendatud programm

Sõnum (message) – “muutujatüüp” ehk infokild

Rubriik (topic) – sõne, mis annab sõnumivoole tähenduse

Kuulutaja (publisher) – kuulutab sõnumeid kindlas rubriigis

Tellija (subscriber) – jälgib sõnumeid kindlas rubriigis

Kimp (package) - funktsionaalne kogum sõlmi


Näide ROSi infovahetusest

11

ROS Tuum

Kaamera sõlm

Pilditöötlus-sõlm

Pildi kuvamise

sõlm

Registreerib

/Pilt

Registreerib

Registreerib

Kuulutab Tellib Tellib

/Pilt


ROS kimbudhttp://wiki.ros.org/Packages

ROS kimp võib sisaldada• ROS sõlmi,• ROSist sõltumatut teeki,• andmekogu,• seadistusfaile,• kolmanda osapoole programme,• kõike muud, mis moodustab loogilise osa.

ROS kimp peaks järgima põhimõtet:peaks sisaldama piisavalt funktsionaalsust, et olla kasulik, aga mitte liiga kohmakas, et oleks keeruline kasutada teistes programmides.

12

Copyright 2019, Litsents CC BY-ND-NC, Madis Kaspar Nigol, Veiko Vunder, Renno Raudmäe, Karl Kruusamäe 13

~/catkin_ws/src/

kimp_1/ kimp_2/

scripts/

launch/

... scripts/

launch/

... kimp_3/

...

kimbud_kaustas/

kimp_4/

...

Kimpude struktuur visuaalselt


ROS kimbudhttp://wiki.ros.org/Packages

Mõned näited kaustadest ja failidest, mida veel ROS kimbus kohtab

•launch/: Kaust kiirkäitusfailide jaoks

•scripts/: Kaust pythoni ja teiste skriptide jaoks

•src/: Kaust C++ lähtekoodiga failide jaoks

•include/: C++ päised

•msg/: Kaust isetehtud sõnumitüüpide jaoks

•srv/: Kaust teenusefailidega

•CMakeLists.txt: Fail, mis kirjeldab, kuidas kimp paigaldatakse

•package.xml: Fail ROS kimbu kirjeldusega

14


Näide: kimbud repositooriumis

15


ROS: Sõlmede käivitamine ja tähtsamad tööriistad

16


ROSi kimpude ja sõlmede kasutamine

rosrun - ühe ROSi sõlme käitamine, roscore peab juba taustal töötama

$ rosrun kimbu_nimi sõlme_nimi$ rosrun ros_koolitus move.py

roslaunch - mitme ROSi sõlme käivitamine, vajalik käivitusfail

$ roslaunch kimbu_nimi käivitusfail$ roslaunch robotont_teleop teleop_bare.launch

17


rosrun ja roslaunch näide

18

ROS Tuum

Kaamera sõlm

Pilditöötlus-sõlm

Pildi kuvamise

sõlm

/Pilt /Pilt

roslaunch

rosrun


RViz


Gazebo

20


rqt_graph


rqt


Veel kasulikke tööriistu ROSis

● rosnode - info sõlmede kohta$ rosnode list$ rosnode info /sõlme_nimi

● rostopic - info rubriikide kohta$ rostopic list$ rostopic info /rubriigi_nimi$ rostopic echo /rubriigi_nimi

● rossrv, rosmsg, rosparam

● roscd, rosed, rospack, rosbag

23


ROS: Sensorinfo kuvamine

24


$ roslaunch robotont_teleop teleop_with_laserscan.launch

Kauguse mõõtmine Clearbotiga

$ rostopic echo /scan_to_distance

1) 2)


Robotite simuleerimineGazebo

26


Miks kasutada simulatsioone?

1) Ajakulu vähendamine

Nt: saab kiiresti katsetada eri lahendusi

2) Rahakulu vähendamine

Nt: robot ei lähe päriselt katki

3) Teisiti ei saagi

Nt: soovime robotit testida mõne teise planeedi pinnal

27


Gazebo

28

Robotimudel

Maailma mudel


ROS roboti programmeerimine:hoiame kindlat kaugust/suunda tuvastatud objektist

hoiame kindlat kaugust/suunda AR markerist

29


ROS + Simulatsioon

30

/cmd_velrubriik Sinu programm kuulutab

Twist-sõnumeid, et robotsõidaks otse!


ROSi sõnumidgeometry_msgs/Twist

from geometry_msgs.msg import Twist

vel_msg = Twist()

vel_msg.linear.x = 0

vel_msg.linear.y = 0

vel_msg.linear.z = 0

vel_msg.angular.x = 0

vel_msg.angular.y = 0

vel_msg.angular.z = 0

31


ROSi sõnumidgeometry_msgs/Twist


vel_msg = Twist()



vel_msg.linear.z = 0

vel_msg.angular.x = 0

vel_msg.angular.y = 0


32


ROS-sõnumi kuulutaminegeometry_msgs/Twist


vel_msg = Twist()




velocity_publisher.publish(vel_msg)

rospy.sleep(0.1)

33


ROS-sõnumi kuulutamine

Proovime järele!

• näiteülesanne simulaatoris• ülesanded simulaatoris• ülesanded robotil

34


For-tsükkelselleks, et teha mitu korda

for i in range(0,30):

vel_msg.linear.x = 0.2




rospy.sleep(0.1)

35

Proovime järele


Funktsioonselleks, et sama asja uuesti kasutada

def mineOtseKolmSekundit():

for i in range(0,30):

vel_msg.linear.x = 0.2




rospy.sleep(0.1)

36

Proovime järele


Funktsioon ja tsükkel

def otseEdasi(kestus, kiirus):

for i in range(0, kestus):

vel_msg.linear.x = kiirus




rospy.sleep(0.1)

37

Proovime järele


Robot tegutsema!Algoritmid ja andurid

38


Algoritmid robootikassõidame nelinurka

39

Robot sõidab otse 5 sekundit Robot jääb seisma Robot keerab

paremale 90 kraadi


Algoritmid robootikas

40


paremale 90 kraadi



41


paremale 90 kraadi



42


paremale 90 kraadi


Kontrolleret juhtida andurinäidu järgi

Bang-bang kontroller

• Liiga külm? Hakka soojendama!• Liiga palav? Hakka jahutama!

• Liiga lähedal? Mine kaugemale!• Liiga kaugel? Mine lähemale!

• Siht on vasakul? Mine vasakule!• Siht on paremal? Mine paremale!

43

Mõtestamineja

otsustamine

Tegevus

Taju

Tegevus

Bang-bang kontroller

(otsustamine)Taju


Kaugusandur

44

# kaugus takistusest vasakus sektoris

distances.leftMin

# kaugus takistusest keskel

distances.centerMin

# kaugus takistuses paremas sektoris

distances.rightMin


Tingimuslauseet võrrelda ja otsustada

if distances.centerMin < 0.3:

driveBackwards()

else:

stopRobot()

45



while (True):


driveBackwards()

else:

stopRobot()

46



while (True):


driveBackwards()

elif distances.leftMin > 5:

driveDiagnonallyLeft()

else:

stopRobot()

47

ros ülevaade, roboti juhtimine ros koolitus õpetajatele · copyright 2019, litsents cc by-nd-nc,...

Documents