Disciplina de Programação de Robôs Móveis SSC-0712

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1 USP - ICMC - SSC LRM (Lab. de Robótica Móvel) SSC 0712 (PRM) - 1o. Semestre 2012 Disciplina de SSC Março 2012 Prof. Fernando Santos Osório fosorio [at] { icmc. usp. br, gmail. com } Estagiário PAE: Diogo Correa - correa.dso [at] gmail.com (LRM) Web: Wiki ICMC: ou Aula 02 Aula 02 - Introdução Agenda: 1. Robôs Móveis * Sensores * Atuadores 2. Programação e Uso de Robôs Móveis * Arduino * SRV1 * Pioneer P3-AT, DX e Erratic Era-Mobi 3. Player-Stage 2 Fev

2 Objetivos da Disciplina Objetivos Introduzir conceitos básicos sobre hardware e software de robôs móveis (RM). Familiarizar o aluno com os sensores e atuadores mais comuns utilizados na robótica móvel. Estudo de arquiteturas e softwares de controle de RM. Implementação em laboratório de algoritmos de navegação para a solução de problemas clássicos da robótica móvel. Programa 3 Fev Descrição e análise de características dos sensores e atuadores mais utilizados na área de robótica móvel; - Estudo das arquiteturas de robôs móveis; - Estudo de algoritmos de navegação e de cooperação de robôs móveis; - Estudo e utilização da ferramenta Player/Stage para o controle de robôs; - Desenvolvimento de projetos em laboratório utilizando simuladores de robôs móveis na solução de problemas. 2. Programa e Conteúdos Cronograma de Aulas A01-02/03 - Apresentação da Disciplina.Introdução: (PRM). A02-09/03 Robôs Móveis: Sensores, Atuadores, Plataformas Robóticas. Ferramentas. A03-16/03 Robôs Móveis: Sensores, Atuadores, Plataformas Robóticas. Ferramentas. Simulação de Robôs Móveis. A04-23/03 Robôs Móveis: Ferramentas de Simulação e de Controle de Robôs. A05-30/03 Laboratório de : Práticas. *** - 02 a 07 de Abril: SEM AULA - Semana Santa (04/04) A06-13/04 Laboratório de : Práticas. A07-20/04 - Laboratório de : Práticas. A08-27/04 Chek-Point 01: Apresentação dos Resultados e Andamento dos Trabalhos. *** 27/04 - DATA MÁXIMA PARA TRANCAMENTO DE MATRÍCULA EM DISCIPLINAS 4 Fev A09-02/05 - Laboratório de : Práticas. A10-09/05 - Laboratório de : Práticas. A11-16/05 Laboratório de : Práticas. A12-23/05 Chek-Point 02: Apresentação dos Resultados e Andamento dos Trabalhos. A13-30/05 - Laboratório de : Práticas. A14-06/06 Laboratório de : Práticas. A15-13/06 - Laboratório de : Práticas. A16-20/06 - Apresentação de Trabalhos Finais: Competição de Robôs A17-27/06 - Apresentação de Trabalhos Finais: Competição de Robôs *** - 04/07 - Final do Semestre 2

3 6. Robôs Móveis Autônomos Robôs Móveis Autônomos Referências Complementares... Exemplos de Aplicações desenvolvidas no LRM no ICMC Fotos Picasa: SemComp 2009 Robôs Móveis e Veículos Autônomos 5 Fev Robôs Móveis Autônomos Robôs Móveis Autônomos Referências Complementares... Exemplos de Aplicações desenvolvidas no LRM no ICMC Veículos Autônomos CARINA II ( 6 Fev

4 6. Robôs Móveis Autônomos Robôs Móveis Autônomos Referências Complementares... Exemplos de Aplicações desenvolvidas no LRM no ICMC Sensores Velodyne HDL-32E 7 Fev Robótica Móvel Simuladores de Robôs Móveis Player/Stage/Gazebo Sistemas Robóticos Móveis Inteligentes Localização Mapeamento SLAM Navegação # 8 4

5 Robótica Móvel - Simuladores Por que usar simuladores? Economia de recursos financeiros Economia de tempo Evitar danos aos robôs e sensores Evitar acidentes Aperfeiçoamento de hardware e software # 9 Simuladores de Robôs Móveis Carmen Desenvolvido na CMU Simula e controla robôs móveis Gratuito e código aberto SO: Linux Aria/Saphira Desenvolvido pela MobileRobots Simula e controla robôs Pioneer Exige licença SO: Linux e Windows # 10 5

6 Simuladores de Robôs Móveis Microsoft Robotics Studio Desenvolvido pela Microsoft Simula e controla robôs móveis Simulação física (3D) 3 tipos de licença SO: Windows Webots Desenvolvido pela Cyberbotics Simula e controla robôs móveis Simulação física (3D) Exige licença SO: Linux, Windows e Mac. # 11 Player/Stage/Gazebo Player Sistema para controle de robôs móveis Suporta diversos tipos de robôs e sensores Stage Simulador de robôs móveis e sensores Ambientes bidimensionais Compatível com Player Gazebo Simulador de alta fidelidade Ambientes em 3 dimensões Compatível com Player # 12 6

7 Robô Móvel Modelo Básico 13 Robô Móvel Modelo Básico Sensores internos: observam o estado do robô (odometria, GPS, giroscópios). Câmera GPS Sensores externos: observam o estado do ambiente (câmeras, sonares, lasers). Laser Atuadores: alteram o estado do robô e do ambiente (rodas, pernas, garras). Sonares Odômetro (encoder) 14 7

8 Fluxo de desenvolvimento de software Simulação Testes em robôs de pequeno porte Testes em robôs de grande porte 15 Simulação Validação inicial dos algoritmos desenvolvidos utilizando simuladores de robôs e sensores. Vantagens: - Possibilidade irrestrita de experimentos - Economia de tempo de desenvolvimento -Evita danos aos robôs e sensores 16 8

9 Testes em robôs de pequeno porte Validação do sistema em ambientes reais de escala reduzida. Vantagens: -Ambientes e informações reais para validação dos sistemas desenvolvidos - Facilita a logística dos experimentos -Diminui a chance de danos aos robôs e sensores 17 Testes em robôs de pequeno porte 18 9

10 Testes em robôs de grande porte Validação do sistema em ambientes e situações reais. Características: -Ambientes e informações reais para validação dos sistemas desenvolvidos - Logística complexa -Possibilidade de danos aos robôs e sensores História do Player Projeto iniciado em 2000 na University of Southern California. Hoje em dia, seu core básico continua sendo desenvolvido pelos autores originais, apesar de diversos pesquisadores de diferentes instituições contribuem para o projeto. Atualmente, o Player é utilizado por diversas empresas e universidades em 5 continentes downloads por mês. # 20 10

11 A imagem não pode ser exibida. Talvez o computador não tenha memória suficiente para abrir a imagem ou talvez ela esteja corrompida. Reinicie o computador e abra o arquivo novamente. Se ainda assim aparecer o x vermelho, poderá ser necessário excluir a imagem e inseri-la novamente. Características do Player Software livre Modelo Cliente/Servidor Desenvolvido para sistemas Linux/Unix Comunicação baseada em sockets Clientes em: C, C++, Java, Python etc Interface de alto nível para acesso ao hardware Suporta grande quatidade de plataformas robóticas e sensores comerciais # 21 Programa de controle Camera PCI Programa do usuário Laser USB Aquisição de dados dos sensores Sonar Odometria Motores Serial Serial Canbus Comandos para os motores Planejamento Deslocamento desejado # 22 11

12 A imagem não pode ser exibida. Talvez o computador não tenha memória suficiente para abrir a imagem ou talvez ela esteja corrompida. Reinicie o computador e abra o arquivo novamente. Se ainda assim aparecer o x vermelho, poderá ser necessário excluir a imagem e inseri-la novamente. A imagem não pode ser exibida. Talvez o computador não tenha memória suficiente para abrir a imagem ou talvez ela esteja corrompida. Reinicie o computador e abra o arquivo novamente. Se ainda assim aparecer o x vermelho, poderá ser necessário excluir a imagem e inseri-la novamente. Player Camera PCI Player Programa do usuário Laser USB Aquisição de dados dos sensores Sonar Odometria Motores Serial Serial Canbus Comandos para o motor Planejamento Deslocamento desejado # 23 Abstração de hardware Hardware Do Robô Servidor Player Biblioteca Cliente do Player Simulador Stage Simulador Gazebo Servidor Player Servidor Player C/C++ C# Java Tcl Python Ruby Lisp Octave Programa do usuário # 24 12

13 Modelo Cliente/Servidor Clientes podem se conectar a múltiplos servidores Servidores aceitam conexão de múltiplos clientes Diferentes programas/processos/threads podem processar dados de diferentes sensores do mesmo servidor. Operação remota # 25 Gazebo - Simulação 3D # 26 13

14 Gazebo v0.8 # 27 Simulação de Robôs Móveis Simulador 3D Gazebo 28 14

15 Simulação de Robôs Móveis Simulador 3D Gazebo 29 Simulação de Robôs Móveis Simulador 3D Gazebo 30 15

16 CaRINA Percepção Player/Stage 16

17 Gazebo Gazebo 17

18 Player/Stage Empty Corridor Robot Laser Scan Obstacles: represented in black # 35 INFORMAÇÕES SOBRE A DISCIPLINA USP - Universidade de São Paulo - São Carlos, SP ICMC - Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação SSC - Departamento de Sistemas de Computação Prof. Fernando Santos OSÓRIO - Laboratório LRM PAE Diogo Ortiz Correa - Mestrando LRM Web institucional: Página pessoal: fosorio[at at]{ icmc.usp.br, gmail.com } # correa.dso dso[at]gmail.com 36 Fev Disciplina de Web Disciplinas: Wiki ICMC: php/ssc-712 > Programa, Material de Aulas, Critérios de Avaliação, > Material de Apoio, Trabalhos Práticos 18