Skip to content

Latest commit

 

History

History
162 lines (123 loc) · 9.57 KB

README-german.md

File metadata and controls

162 lines (123 loc) · 9.57 KB

VacuSim - Roboterprogrammierungstraining und Wettbewerb in einem simulierten Staubsaugerszenario

English Readme: Generic badge

Dieses Projekt beinhaltet einen Treiber für einen Roboterstaubsauger sowie ein Benchmarking-Tool, welches es ermöglicht, erste Erfahrungen in der Programmierung von Robotern mit ROS 2 Humble zu sammeln. Das Szenario ist eine Wohnung, die gereinigt werden soll. Der Treiber bietet Schnittstellen zu den Aktuatoren und Sensoren des Roboters. Das Benchmarking-Tool bewertet den Reinigungsprozess. Der Schwerpunkt liegt darauf, die bestmögliche Route durch die Wohnung zu nehmen, sodass die größtmögliche Fläche abgedeckt und der Boden so gut wie möglich gereinigt wird.

robot

Dieses Projekt enthält das ROS 2 Paket vacusim_robot_driver, welches von den Nachrichten und Diensten abhängt, die in vacusim_robot_interfaces definiert sind.

Status

Dieses Projekt ist noch in Entwicklung. Dieses Repository wurde mit den folgenden Versionen von Webots und ROS 2 getestet:

Generic badge Generic badge

Einrichtung

Im Folgenden sind die Installationsschritte aufgeführt, um das Paket mit Webots zum Laufen zu bringen.

Installation des ROS 2 Webots-Pakets

Dieses Paket enthält Webots-spezifische ROS 2 Abhängigkeiten, die benötigt werden, um eine Brücke oder einen ROS-basierten Controller zwischen ROS 2 und Webots zu erstellen.

sudo apt-get install ros-humble-webots-ros2

Weitere Informationen finden Sie in der ROS 2 Humble Dokumentation.

Wenn Sie nun eine Webots-bezogene ROS-Anwendung ausführen, wie z.B. ros2 launch webots_ros2_universal_robot multirobot_launch.py oder den robot-driver aus diesem Projekt, erscheint ein Dialog, der Sie darauf hinweist, dass Sie Webots direkt im lokalen ROS-Pfad ~/.ros/ installieren können. Mit dieser Installation können Sie auf ROS-bezogene Abhängigkeiten wie rclpy in Controller-Programmen in Webots zugreifen.

Stellen Sie sicher, dass Sie diese Webots-Version zu Ihrem Pfad hinzufügen, indem Sie die folgende Zeile zu Ihrer ~/.bashrc hinzufügen:

export PATH="~/.ros/webotsR2023b/webots:$PATH"

Pakete bauen

Klonen Sie dieses Repository in Ihr ros2_ws/src/ Verzeichnis und bauen Sie es mit colcon:

cd PATH_TO_WS/ros2_ws/src/
git clone https://gitlab.uni-koblenz.de/intas/vacusim.git
cd ..
colcon build --packages-select vacusim_robot_driver vacusim_robot_interfaces
source install/setup.bash

Um den Python-Code ändern zu können, ohne jedes Paket neu zu bauen, können Sie colcon build mit dem zusätzlichen Flag --symlink-install ausführen.

Welt laden

Öffnen Sie die Webots-Anwendung über das Terminal, indem Sie einfach webots eingeben. Stellen Sie sicher, dass der Pfad wie zuvor beschrieben richtig gesetzt ist. Wählen Sie eine Weltdatei, indem Sie zu File -> Open World... navigieren und den Explorer verwenden, um die Welten in vacusim/vacusim_robot_river/worlds zu finden. Wählen Sie eine der verfügbaren Weltdateien aus.

Nach dem Laden einer Welt haben Sie Zugriff auf zwei Themen des Typs Pose2D:

/pose/raw   # liefert eine metrische Pose mit dem Koordinatensystem-Ursprung in der oberen linken Ecke der Welt.
/pose/tile  # liefert eine Gitter-Pose mit Kacheln der Größe 0,25x0,25 m und dem Koordinatensystem-Ursprung in der oberen linken Ecke der Welt.

Beide Themen sind nützlich für Navigationsaufgaben. Sie bestehen aus drei Feldern:

float64 x       # x-Koordinate (0 ist links)
float64 y       # y-Koordinate (0 ist oben)
float64 theta   # Winkelrotation in Rad (0 ist nach rechts orientiert)

Treiber starten

Nach der ordnungsgemäßen Installation der Pakete kann die Simulation durch Starten der Startdatei robot_driver gestartet werden:

ros2 launch vacusim_robot_driver robot_driver.py

Der Robotertreiber-Knoten wird gestartet und wartet darauf, dass eine Webots-Instanz verbunden wird. Folgende Themen und Dienste werden bereitgestellt:

Themen:
/bumper
/cmd_vel
/distance

Dienste:
/drive
/turn

topics and services

Sie können den Roboter mit der teleop_twist_keyboard steuern, die Steuerbefehle an /cmd_vel sendet:

 ros2 run teleop_twist_keyboard teleop_twist_keyboard

Verwendung einer Karte

Es gibt drei Arten von einfachen numerischen Gitterkarten, die in maps verfügbar sind:

Das Skript example-map-loader.py zeigt, wie man eine Karte in ein numpy-Array lädt.

Im Folgenden sind einige grafische Darstellungen der Karten:

apartment-40x40.txt large-apartment-60x40.txt large-apartment-zones-60x40.txt
Simple Arena Empty Apartment Furnished Apartment

Benchmark durchführen

Starten Sie zuerst den Robotertreiber:

ros2 launch vacusim_robot_driver robot_driver_launch.py

Nun starten Sie Ihren Steuerungsknoten für den Roboter.

Um einen Benchmark durchzuführen, starten Sie Webots als reguläre Anwendung und öffnen Sie eine Benchmark-Welt Ihrer Wahl, z.B. benchmark_apartment.wbt. Der Benchmark startet sofort. Wenn die Simulation in Webots pausiert, pausiert auch der Benchmark. Wenn die Simulation im Schnellvorlauf ausgeführt wird, beschleunigt sich auch der Benchmark.

Übersicht über die Pakete

vacusim_robot_interface

  • Bumper.msg: Nachrichtentyp, der zwei boolesche Werte für einen linken und rechten Stoßfänger enthält
  • Distance.msg: Nachrichtentyp, der drei Gleitkommawerte für einen linken, mittleren und rechten Abstandssensor enthält
  • Drive.srv: Diensttyp, der einen gesendeten Gleitkommawert der Entfernung in Metern und einen booleschen Rückgabewert enthält, wenn abgeschlossen
  • Turn.srv: Diensttyp, der einen gesendeten Gleitkommawert des Drehwinkels in Radiant und einen booleschen Rückgabewert enthält, wenn abgeschlossen

vacusim_robot_driver

Dieses Paket enthält

vacusim_robot_driver

Dieses Paket enthält den vacusim_robot_driver, welcher die Hauptschnittstelle zwischen ROS 2 und Webots ist. Darüber hinaus verwaltet der ground Supervisor-Controller das Benchmarking des "Reinigungswettbewerbs".

Webots-Welten

  • simple_arena.wbt: Eine kleine und einfache Arena. Es gibt keinen Benchmarking-Ground-Controller in der Welt.
  • apartment.wbt: Eine mittelgroße Welt mit Möbeln. Es gibt keinen Benchmarking-Ground-Controller in der Welt.
  • empty_apartment.wbt: Eine mittelgroße Welt ohne Möbel. Es gibt keinen Benchmarking-Ground-Controller in der Welt.
  • large_apartment.wbt: Eine große Welt mit Möbeln. Es gibt keinen Benchmarking-Ground-Controller in der Welt.
  • empty_large_apartment.wbt: Eine mittelgroße Welt ohne Möbel. Es gibt keinen Benchmarking-Ground-Controller in der Welt.

Es gibt vier Welten, die den Benchmarking-Ground-Controller enthalten:

Sie können die Benchmark-Zeit beschleunigen, indem Sie die Simulation in Webots durch Klicken auf die Schaltfläche fast forward beschleunigen.

Startdatei

Simple Arena Leeres Apartment Möbliertes Apartment
Simple Arena Leeres Apartment Möbliertes Apartment
Leeres großes Apartment Möbliertes großes Apartment
Leeres großes Apartment Möbliertes großes Apartment