MISKOLCI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "MISKOLCI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR"

Ágoston Deák
5 évvel ezelőtt
Látták:

1 MISKOLCI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR Korszerű információs technológiák Robot operációs rendszerek Tompa Tamás tanársegéd Általános Informatikai Intézeti Tanszék Miskolc, október 20. ; november 09.

2 Tartalom Robotika Robot operációs rendszerek ROS OpenRTM-aist Demonstráció : ) valós robot (TurtleBot, Lego EV3, btrover)

Robotika - bevezetés Mi a robot? A robot egy elektromechanikai szerkezet, amely előzetes programozás alapján képes különböző feladatok végrehajtására.

3 Robotika - bevezetés Mi a robot? A robot egy elektromechanikai szerkezet, amely előzetes programozás alapján képes különböző feladatok végrehajtására. A robotika 3 alaptörvénye A robotnak nem szabad kárt okoznia emberi lényben vagy tétlenül tűrnie, hogy emberi lény bármilyen kárt szenvedjen. A robot engedelmeskedni tartozik az emberi lények utasításainak, kivéve, ha ezek az utasítások az első törvény előírásaiba ütköznének. A robot tartozik saját védelméről gondoskodni, amennyiben ez nem ütközik az első és a második törvény előírásaiba.

4 Robotika - bevezetés Népszerű tématerület Sok, készletben (készen) megvásárolható robot létezik De sokan építenek is robotot barkács, hobby célból kutatási célból is pl. ember-robot interakció vizsgálata építsek vagy vegyek? cél függő

5 Robotika robotok csoportosítása Robotok csoportosítása Mobilitás alapján mobil helyhez kötött Felhasználás alapján anyagmozgató technológiai műveletet elvégző szociális Mobil robotok kinematikájuk alapján Helyhez kötött robotok kinematikájuk alapján

6 Robotika robotok csoportosítása Mobil robotok kinematikájuk alapján differenciális holonomikus egyéb Helyhez kötött robotok kinematikájuk alapján párhuzamos kinematikájú láncolt kinematikájú vegyes kinematikájú kinematika: robotmozgás leírása sebesség alapján matematikai feladat (koordináta transzformációk stb.)

7 Robotika robotok csoportosítása Differenciális vs. holonomikus hajtás

8 Robotika néhány szociális robot

9 Robotika néhány ipari robot

10 Robotika hardver

11 Robotika hardver Beágyazott rendszer néhány előre meghatározott feladatot lát el tartalmazhat olyan feladat-specifikus mechanikus és elektronikus alkatrészeket, melyek nem találhatók egy általános célú számítógépben A robot beágyazott rendszerekből épül fel mikrovezérlők (ARM, AVR, PIC, stb.) motorok szenzorok stb.

12 Robotika btrover hardver blokkvázlata

13 Robotika hardver Beágyazott rendszer feladata Jelek előállítása a motorok működtetéséhez szervok működtetéséhez szenzoroknak, stb. Jelek olvasása motorok enkódereitől (motor pozíciók) szenzoroktól, stb. Olvasott jelek feldolgozása Távolságszámítás, ütközésérzékelés, stb.

14 Robotika Csak csupán a beágyazott rendszerei segítségével nem tud önállóan valamilyen összetettebb feladatot, problémát megoldani pl. nem tud embert felismerni vagy térképet készíteni a környezetéről (SLAM) ezek csak az alacsonyszintű funkciókat valósítják meg Mitől tud majd egy összetettebb problémát megoldani? programozni kell magát a robotot. Hogyan? megoldás: központi PC, robot operációs rendszerrel kommunikációs kapcsolat a robot központi mikrovezérlőjével

15 Robot operációs rendszerek Eszköz komplex robot rendszer fejlesztéséhez egységes felületet biztosítsanak robotok programozására szabványosított komponensekkel kommunikációs csatornákkal programozói API-kal automatizmusokkal eszközökkel komponens alapú szemlélet

16 Robot operációs rendszerek Főbb funkcióik érzékelők, beavatkozók kezelése, integrációja vezérlési architektúra létrehozása kommunikációs csatornák definiálása működés közben adatok gyűjtése tesztelés meglévő adatmintákkal

17 Robot operációs rendszerek Példa komponens alapú szemléletre

18 Robot operációs rendszerek Elterjedtebbek: ROS OpenRTM-aist YARP OpenRDK

19 Robot operációs rendszerek Hogyan valósul meg a kommunikáció a köpntti PC és a robot hardvere között? általában soros port a mikrovezérlőn PC oldalon USB (virtuális soros port) kommunikáció adatkeretek segítségével keretfej + adat (több byte) + checksum adatkeretek írása a sororporta -> robot vezérlése adatkeretek olvasása a sorosportról

20 Robot Operating System Amerikai fejlesztésű, nyílt forráskódú rendszer 2007 Stanford Artificial Intelligence Laboratory (SAIL) a Stanford AI Robot projekt keretében, 2008-ban csatlakozott a fejlesztéshez a Willow Garage és még számos kutatócsoport

21 Támogatott OS Linux (főként) Mac OS X Windows Támogatott programozási nyelvek C++ Python

22 Az eddig megjelent ROS disztribúciók: Box Turtle (2010 Február) C Turtle (2010 Augusztus) Diamondback (2011 Február) Electric Emys (2011 Augusztus) Fuerte Turtle (2012 Március) Groovy Galapagos (2012 Október) Hydro (2013 szeptember) Indigo (2014 július) Jade (2015 május) Kinect Kame (2016 május) Lunar (2017 május)

23 Néhány ROS kompatibilis robot

25 A rendszer felépítése Nodes (csomópontok) Master (központi vezérlő) Parameter server (paraméter szerver) Messages (üzenetek) Topics (topik-ok, üzenetsorok) Services (szervizek, szolgáltatások) Bags

26 Csomópontok (nodes) Node-oknak,a rendszer futtatható alkalmazásait nevezik, melyek jól meghatározott feladatot hajtanak végre. A rendszerben több ilyen node is lehetséges. Központi vezérlő (master) A master a rendszer fontos eleme, ő valósítja meg az egyes csomópontok, illetve a rendszer elemi közötti kommunikációt, futtatókörnyezetet biztosítva azoknak. Paraméter szerver (parameter server) A csomópontoknak lehet segítségével paramétereket átadni, akár a csomópontok futása közben is.

27 Üzenetek (messages) A csomópontok kommunikációja üzeneteken keresztül történik, ezen üzenetek segítségével továbbítanak adatot egymásnak. Az üzenet tartalmazza a továbbítandó adatot. A rendszer tartalmaz előre beépített üzenettípusokat, de lehetőséget biztosít a fejlesztő számára, hogy saját üzenettípust is definiálhasson. Üzenetsorok, topik-ok (topics) A rendszer az üzenetek továbbítására üzenetsorokat, úgynevezett topikokat biztosít. Mikor egy csomópont üzenetet küld egy másik csomópont számára, akkor ezt egy üzenetsoron keresztül valósítja meg. A publikáló csomópont közzéteszi üzenetét a topikban, majd a fogadó csomópont pedig kiolvassa onnan. A rendszer lehetőséget biztosít saját, új topikok definiálásra, mindegyik topik saját névvel ellátva él a rendszerben.

28 Szervizek, szolgáltatások (services) A csomópontok közötti kommunikáció megvalósításának másik módja. A csomópontok közötti kérés-válasz típusú kommunikációt hívatottak megvalósítani. Bags Rendszerbeli üzenetek, adatok mentésére és azok visszajátszására biztosítanak lehetőséget. Fejlesztésnél különösen hasznos lehet például az egyes szenzorok által küldött adatok mentésére, majd azok visszajátszására tesztelés céljából.

29 Topic vs. Service

30 ROS fájlrendszer szerkezet

31 Jegyzékszerkezet, példa

32 Fontosabb parancsok és jelentésük

33 Telepíteni és konfigurálni kell a rendszert roscore szuperprocessz, központi mag, mindig futnia kell ROS workspace létrehozása catkin_init_workspace; ROS munkaterület, itt lesznek a node-ok catkin_ws jegyzékben ROS node létrehozása catkin_create_pkg <package_name> [depend1] [depend2] ROS node-ok fordítása catkin_make (a catkin_ws-ben!) ROS node futtatása rosrun [package_name] [node_name]

34 RVIZ - vizualizáció

35 RVIZ - vizualizáció

36 Gazebo - szimuláció

37 URDF robotmodel leíró xml

38 URDF

39 URDF model RVIZ-ben

40 Az RT-Middleware Robotvezérlő keretrendszer RT = Robot Technology Middleware: köztes réteg, az operációs rendszer és az alkalmazás között helyezkedik el Egy vázat biztosít, melyet feltölthetünk azzal a logikával, amely az adott problémát megoldja Önmagában nem használható, használatához olyan implementációra van szükség, amely teljesíti a specifikáció által definiált interfészeket. Ezekkel az interfészekkel lehetséges, hogy a komponensek, a middleware rendszer által vezérelve fussanak. CORBA alapú implementáció 40/17

41 Az OpenRTM RT-Middleware specifikáció nagy részét megvalósítja Japán fejlesztés Komponens alapú szemlélet Számos segédszoftver (pl.: RTSystemEditor) Több platform támogatása (Windows, Linux) Több programozási nyelv támogatása (Java, C++) Nyílt forráskódú 41/17

42 Az OpenRTM A rendszer komponensei több részből állnak Konfigurációs állományok Osztályok (programkód) Adatportok, szolgáltatás portok (IDL) A komponensek állapotai létrehozott aktív inaktív hibás 42/17

43 A komponens alapú szemlélet Minden komponens jól meghatározott feladatot lát el Rugalmas, könnyen bővíthető új modulokkal OpenRTM-aist Nyílt forráskódú RT-Middlware implementáció (AIST) RT-Middleware 43/17

RT-Middleware és RT-komponensek Logika hardver vezérlés algoritmusok alkalmazások stb RT komponens Framework RT komponens Logika/algoritmus közös interfészekkel =

44 RT-Middleware és RT-komponensek Logika hardver vezérlés algoritmusok alkalmazások stb RT komponens Framework RT komponens Logika/algoritmus közös interfészekkel = RT-Komponens (RTC) RTC RTC RTC RTC RTC RTC RTC RTC RT-Middleware Futtató környezet=> RT-Middleware(RTM) RTC kommunikáció hálózaton keresztül (névszerver) 44/17 44

45 Az OpenRTM Eclipse fejlesztőkörnyezet RTC Builder 45/17

46 Az OpenRTM Eclipse fejlesztőkörnyezet RT System Editor 46/17

47 A rendszer működése - példa 47/17

48 Felhasznált irodalom Aaron Martinez, Enrique Fernández - Learning ROS for Robotics Programming

49 Köszönöm a figyelmet!

Hasonló dokumentumok

Robot Operating System

Robot Operating System 1 Robot Operating System A ROS egy meta-operációs rendszer, amely könyvtárai és eszközei segítségével teszi lehetővé a szoftver-fejlesztők számára robot alkalmazások fejlesztését.