Automatizace ve fyzice: Robot Operating System (ROS)

Author

Petr Čermák

Published

December 19, 2024

Připojte se

cermak.science/teaching/automation/lectures/11-ros/

Úvod

Co je ROS?

  • The Robot Operating System (ROS) - flexibilní framework pro psaní robotického softwaru. Jedná se o soubor nástrojů, knihoven a konvencí, které mají za cíl zjednodušit vytváření složitých chování robotů na nejrůznějších robotických platformách. ROS WIKI
  • Open Source
  • není to úplně operating system

Historicky

  • Stanford (počátek tisíciletí)
  • Willow Garage (2007)
  • Open Robotics (2013)

Výhody ROS

Umožňuje stavět na znalostech a schopnostech současného stavu robotické technologie a teorie.

  • Kompatibilita hardwaru a softwaru

  • Předkompilované algoritmy pro robotiku

  • Vícevláknové, paralelní zpracování, distribuované výpočty

. . .

Kde se používá?

  • Výzkum (technika)
  • Studenti
  • Hobby
  • Průmysl - hlavně start-upy

ROS v laboratoři? Možná za pár let.

Architektura

Přehled

Úkol: Chci robota, který se bude přenášet vzorky z ledničky do měřící aparatury

  • Jak má robot vypadat?
  • Jaké hlavní prvky nebo součásti jsou pro robota potřebné?

. . .

Jak funguje systém ROS?

Systém propojených nodes

  • každý uzel představuje jinou součást robotického systému
    • Laser
    • Kinematika pohonu
    • Navigace
    • Manipulátor
    • atd.

Hardware a software

Každý uzel může mít zdrojový kód, spustitelné soubory a datové soubory

  • C++
  • Python
  • značkovací jazyky jako (XML, YAML)

Existuje mnoho připravených nodes

  • hotoví roboti (Adept, Clearpath, UR, Meca500)
  • LIDAR (SICK, RPLidar atd.) a kamery (webová kamera, Kinect, Opti-track).
  • Ovladače motorů (Roboteq, ROSARIA)

ROS komponenty

  • ROS Master service registruje ostatní uzly v systému ROS
    • běží jako první
    • roscore
  • každý node je pak další principielně nezávislý proces

Komunikace

Uzly komunikují třemi různými způsoby.

  • topics - publikování a přihlašování k odběru zpráv
  • parameter server - statická data
  • services - volání podprogramů (RPC - remote procedure call)
    • model request --> reply
  • actions - dlouhotrvající podprogramy, jdou zrušit v půlce, skončí callbackem

Předávání zpráv

Uzly (nodes) mohou komunikovat prostřednictvím publish a subscribe různých témat.

Téma je informace generovaná publikujícím uzlem, které jsou zpřístupněny odebírajícímu uzlu.

  • Uzel může téma publikovat. Tento uzel je publisher.
  • Uzel se může přihlásit k odběru tématu. Tento uzel je subscriber.
  • Většina uzlů publikuje a odebírá více témat.
  • Celý systém je anonymní

Data

  • data dostupná uzlům v systému
  • každé téma má název
  • data jsou uložena a přenášena ve standardních datových typech ROS
  • obecně jsou data streamovaná, ale nemusí být.

Datové typy

wiki

  • stdmsgs/int32
  • stdmsgs/float32
  • geometrymsgs/Point
  • geometrymsgs/Pose
  • navmsgs/Odometry
  • navmsgs/Path

Předávání zpráv

Obrázek místo slov RQT Graph

Cvičení - napojíme se na robota!!

Rosbridge

Standardní komunikace v ROS2 je pomocí DDS protokolu. Užívá UDP packety a funguje defaultně v jednom subnetu.

rosbridge

  • protokol postavený na JSON
{ "op": "subscribe",
  "topic": "/cmd_vel",
  "type": "geometry_msgs/Twist"
}
  • rosbridge server - komunikace pomocí websocket -> snandé vzdálené připojení

roslibpy