Skip to content

Latest commit

 

History

History
215 lines (153 loc) · 10.5 KB

Семинар 1.md

File metadata and controls

215 lines (153 loc) · 10.5 KB
Raw

Семинар №1. Знакомство с фреймворком программирования роботов ROS 2

Задачи семинара:

Теория

  • Познакомиться с назначением и основными возможностями фреймворка ROS2
  • Изучить базовые понятия и архитектуру фреймворка ROS2

Практика

  • Освоить сборку и запуск готовых примеров приложений в ROS2
  • Освоить редактирование формата URDF

Данное руководство предоставляет краткую информацию, необходимую для выполнения задач семинара.

После прохождения семинара студенту необходимо составить отчет, в котором будет подробно изложена теоретическая и практическая часть работы.

Теория

ROS2 - фреймворк программирования систем управления роботов, являющийся второй версией самого популярного фреймворка программирования роботов ROS1.

Создаваемое с помощью ROS2 ПО представляет собой графоподобную структуру, где узлы (nodes) являются программами, которые выполняют решение независимых задач (захват изображения с камеры, прием данных с какого-либо сенсора, детекция обьектов на изображении, расчет одометрии и т.д.). Ребрами графа являются каналы (topics) передачи данных (messages) между узлами с фиксированным типом данных.

Архитектура ROS2

Команды:

ros2 run <package_name> <executable_name>
ros2 node list
ros2 node info <node_name>
ros2 topic list
ros2 topic echo <topic_name>
ros2 topic info <topic_name>
ros2 topic hz <topic_name>

Подробнее о узлах: https://docs.ros.org/en/humble/Tutorials/Understanding-ROS2-Nodes.html

Подробнее о топиках: https://docs.ros.org/en/humble/Tutorials/Topics/Understanding-ROS2-Topics.html

Дополнительно:

Подробнее о сервисах: https://docs.ros.org/en/humble/Tutorials/Services/Understanding-ROS2-Services.html

Подробнее о параметрах: https://docs.ros.org/en/humble/Tutorials/Parameters/Understanding-ROS2-Parameters.html

Подробнее о экшенах: https://docs.ros.org/en/humble/Tutorials/Understanding-ROS2-Actions.html

Универсальный формат описания роботов URDF

URDF, является спецификацией XML, используемой в академической среде и промышленности для моделирования систем мультител, таких как руки роботов-манипуляторов, гуманоидных роботов, мобильных колесных и гусеничных роботов и т.д.. URDF особенно популярен у пользователей ROS.

Модель робота описывается xml файлом с расширением .urdf. Формат позволяет описывать древовидную структуру робота состоящего из xml элементов <link> и <joint>, где link описывает тело, а joint кинематическую связь между телами.

Пример структуры

Например, типичная структура файла urdf для структуры робота на рисунке выше:

<robot name = "linkage">
    <link name = "joint A">
		...
	</link>
    <link name = "joint B">
		...
	</link>
    <link name = "joint C">
		...
	</link>
    <link name = "joint D">
		...
	</link>
	<joint name = "joint A">
		<parent link = "link A" />
		<child link = "link B" />
	</joint>
	<joint name = "joint B">
		<parent link = "link A" />
		<child link = "link C" />
	</joint>
	<joint name = "joint C">
		<parent link = "link C" />
		<child link = "link D" />
	</joint>
	<joint name = "joint D">
		<parent link = "link B" />
		<child link = "link D" />
	</joint>
</robot>

При этом, каждый link обычно содержит элементы <inertial>, <visual>, <collision>:

<link>
    <inertial>
        ...
    </inertial>
    <visual>
        <geometry>
            ...
        </geometry>
        <material>
            <color />
        </material>
    </visual>
</link>

<visual> определеяет внешний вид описываемого тела,

<inertial> определяет инерцию (моменты инерции),

<collision> позволяет описать столкновения с телом (коллизии).

Источники:

Практическая часть работы:

Задание №1. Знакомство с консольными командами ROS 2.

На примере стандартного пакета demo_nodes_cpp и приложений talker и listener запустить команды (см. Команды). Описать что делает каждая команда. Приложить в отчете вывод каждой команды.

Команду ros2 run для talker и listener запускать в отдельных терминалах. Остальные команды, запускать в третьем терминале. Обьяснить в отчете, зачем это делать? Название топика (<topic_name>) узнать с помощью одной из этих команд.

Задание №2. Turtlesim (робот черепаха 2d)

https://docs.ros.org/en/humble/Tutorials/Beginner-CLI-Tools/Introducing-Turtlesim/Introducing-Turtlesim.html

Запуск черепашки:

ros2 run turtlesim turtlesim_node

Управление черепашкой (открыть в другом терминале):

ros2 run turtlesim turtle_teleop_key

Изучение средств разработчика RQt. Запустить в еще одном терминале:

rqt

В открывшемся окне изучить меню plugins. Открыть плагин node_graph, что вы видите? Запишите в отчет.

В отчете отразить как именно происходит управление черепашкой. Перечислить список узлов, топиков. Описать какой узел что делает, какие данные отправляет и принимает. Приложить скриншот rqt_graph (запуск с помощью ros2 run rqt_graph rqt_graph или из rqt)

Задание №3. Универсальный формат описания роботов (URDF). Робот R2D2.

https://docs.ros.org/en/humble/Tutorials/Intermediate/URDF/Using-URDF-with-Robot-State-Publisher.html

Перейти в папку заранее созданного рабочего окружения:

cd ~/ros2_seminars_ws

Вывести, с помощью команды ls, какие папки находятся в ros2_seminars_ws

Запустить демонстрационное приложение

ros2 launch urdf_tutorial demo.launch.py

В отдельном терминале запустить:

rviz2 -d ~/ros2_seminars_ws/install/urdf_tutorial/share/urdf_tutorial/r2d2.rviz

Изучить URDF файл робота R2D2. Файл находится по адресу ~/ros2_seminars_ws/src/ros2-urdf-tutorial/urdf_tutorial/urdf/r2d2.urdf.xml.

В отчете перечислить (названия) из каких тел состоит робот, какие свойства у этих тел. Какими связями они соединены (какие типы связей используются и почему).

Индивидуальные задания

Внести изменения в модель робота R2D2 в соответсвествии с индивидуальным заданием преподавателя (~/ros2_seminars_ws/src/ros2-urdf-tutorial/urdf_tutorial/urdf/r2d2.urdf.xml).

На оценку отлично, по заданию преподавателя внести изменения в закон движения в файле ~/ros2_seminars_ws/src/ros2-urdf-tutorial/urdf_tutorial/urdf_tutorial/state_publisher.py

Замечание! Для применения изменений, внесенных в файлы, нужно пересобрать приложение:

colcon build --packages-select urdf_tutorial

И перезапустить его.

ros2 launch urdf_tutorial demo.launch.py

Оценивание

По результатам создается отчет в свободной форме и отсылается на почту преподавателя: [email protected]

35 баллов. Оформленный отчет.

в котором должно быть подробное описание теории:

  • Описание своими словами структуры ПО в ROS2 (node, topic, message).
  • Описание каждой консольной команды, из раздела Команды теории.

И описание практики:

  • результаты выполнения всех заданий, кроме индивидуальных

45 баллов. Успешно внесенные изменения в URDF модель. Показать результат преподавателю. Отразить в отчете.

54 балла. Успешно внесенные изменения в закон движения URDF модели. Показать результат преподавателю. Отразить в отчете.