Um Ambiente Gráfico para Desenvolvimento de Software de Controle para Robôs Móveis Utilizando Simulação 3D

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1 Um Ambiente Gráfico para Desenvolvimento de Software de Controle para Robôs Móveis Utilizando Simulação 3D Cardoso Marchezi e Hans-Jorg Andreas Schneebeli VIII Simpósio Brasileiro de Automação Inteligente

2 Estrutura da Apresentação 1 Introdução 2 Projeto Implementação 3 Funcionalidades do IRCE 4 Conclusões e Trabalhos Futuros

3 Motivação Para desempenhar tarefas, os robôs devem ser controlados por software específico, cujo desenvolvimento pode ser complexo. Para isso, um desenvolvedor de aplicações com robôs deve poder: Se concentrar em o que fazer e não como fazer para programar um robô. Simular o software do controle de forma segura. Evitar danos desnecessários a um robô real. Evitar perigo para vidas humanas quando no mesmo ambiente do robô. Simular sensores e robôs hipotéticos antes de construir os mesmos.

4 O Projeto Player Uma alternativa promissora é o Projeto Player, inicialmente desenvolvido pela University of Southern California, que apresenta as seguintes vantagens: Consiste em ferramentas para desenvolvimento rápido de aplicações envolvendo um robôs móveis e sensores. É considerado um padrão de facto na comunidade que usa código aberto em robótica. Possui um número significativo de usuários. O projeto consiste em três aplicativos principais: Player, Stage e Gazebo.

5 O Projeto Player Player: Servidor de controle para robôs que abstrai os detalhes dos dispositivos robóticos para os controladores. Stage: Simulador 2D que funciona em conjunto com o Player para testar a execução de programas controladores. Gazebo: Faz o mesmo que o Stage em um mundo virtual 3D.

6 Definição do Problema Dificuldades ao utilizar as ferramentas do projeto P/S/G: Vários terminais devem ser abertos; Vários tipos de arquivos devem ser editados manualmente. Para resolver esses problemas, este trabalho propõe a construção de um ambiente integrado para o desenvolvimento de aplicações envolvendo robôs móveis, referido como IRCE.

7 Definição do Problema Razões para uma Simulação 3D: Ao utilizar um cenário tridimensional, a simulação passa a ter mais fidelidade; Permite a detecção de certos problemas que não poderiam ser previstos por um simulador 2D como o Stage, por exemplo; Num cenário bidimensional, certos detalhes poderiam não ser representados adequadamente. Por essa razão, o Gazebo será utilizado neste trabalho.

8 Definição do Problema O IRCE atende os seguintes objetivos: Geração Gráfica Interativa de Mundo Virtual com Robôs. Geração Interativa de Arquivo de Configuração. Edição e Compilação de Arquivos de Controle de Robô. Simulação Facilitada do Projeto. Aumento da Agilidade do Processo de Desenvolvimento de Controle para Robôs Móveis. Apoio à Pesquisa de Controladores Inteligentes. Apoio ao Aprendizado de Robótica.

9 Trabalhos Relacionados Webots: Vantagens: Possui um editor para o mundo virtual; Simulação reaĺıstica de física mecânica; Permite programar robôs nas linguagens C, C++ e Java; Permite transferir o controle para robôs móveis reais. Desvantagens: É um pacote fechado, logo não permite extensões e alterações no código-fonte; Custo da licença pode ser proibitivo para universidades brasileiras.

10 Trabalhos Relacionados Webots: Vantagens: Possui um editor para o mundo virtual; Simulação reaĺıstica de física mecânica; Permite programar robôs nas linguagens C, C++ e Java; Permite transferir o controle para robôs móveis reais. Desvantagens: É um pacote fechado, logo não permite extensões e alterações no código-fonte; Custo da licença pode ser proibitivo para universidades brasileiras.

11 Trabalhos Relacionados Webots: Vantagens: Possui um editor para o mundo virtual; Simulação reaĺıstica de física mecânica; Permite programar robôs nas linguagens C, C++ e Java; Permite transferir o controle para robôs móveis reais. Desvantagens: É um pacote fechado, logo não permite extensões e alterações no código-fonte; Custo da licença pode ser proibitivo para universidades brasileiras.

12 Implementação A linguagem de programação e as bibliotecas utilizadas para a implementação do IRCE foram preferencialmente as mesmas utilizadas pelo Gazebo: Linguagem de Programação C/C++; OpenGL; wxwidgets; TinyXML.

13 Implementação Arquitetura do Aplicativo segue o Padrão MVC (Model - View - Controller).

14 Implementação Classes organizadas logicamente através de pacotes;

15 Implementação Montagem do Mundo Virtual Incluir diretamente o código dos modelos do Gazebo mostrou ser demasiado complexo, pois o os modelos do Gazebo dificultam o reuso, já que contém outras informações desnecessárias; Os modelos do IRCE são desenhados através do método Draw herdado de uma classe básica Model;

16 Implementação Montagem do Mundo Virtual Cada modelo 3D (Model) contem um mapa de propriedades para serialização e deserialização em arquivo XML o que é feito separadamente pela classe XMLCommand;

17 O IRCE possui as seguintes funcionalidades principais: Gerência de Projetos IRCE; Montagem de Mundo Virtual; Configuração de Robô e seus Sensores; Programação de Controle; Simulação.

18 Organização da Interface Gráfica

19 Fluxo de Trabalho

20 Fluxo de Trabalho

21 Fluxo de Trabalho

22 Fluxo de Trabalho

23 Fluxo de Trabalho

24 Gerência de Projeto IRCE Um arquivo de projeto para o IRCE baseado no padrão XML foi criado; Para criar um novo projeto: (Project - Create Project);

25 Montagem do Mundo Virtual Um mundo virtual pode ser adicionado após a criação do projeto pelo menu (Virtual World - New World File);

26 Montagem do Mundo Virtual Um modelo 3D pode ser adionado pelo menu (Virtual World - Add 3D Model); Ao serem selecionados, os modelos listam as suas propriedades;

27 Configuração de Robô e seus Sensores Através do menu (Configuration - Add Configuration File), pode-se adicionar um arquivo de configuração ao projeto;

28 Configuração de Robô e seus Sensores Painel para a configuração do robô e seus sensores mostra a configuração do simulador (Gazebo) e a configuração de cada modelo (robô) e seus sensores.

29 Programação de Controle Um projeto IRCE pode ser compostos por vários programas de controle. Um programa de controle (em C++ apenas), pode ser adicionado pelo menu (Control Programs - Add Program File);

30 Programação de Controle Painel para programação de controle de um modelo (robô).

31 Simulação Uma simulação é executada pelo menu (Project - Simulation).

32 Os seguintes requisitos foram implementados no IRCE: Gerência de Projeto IRCE; Montagem do Mundo Virtual; Configuração do Robô e seus Sensores; Programação de Controle; Simulação. O protótipo do ambiente é usável e pode ser utilizado pela comunidade robótica como um software de código-livre. Por outro lado, as seguintes melhorias podem ser feitas na ferramenta proposta: Implementar os modelos 3D restantes suportados pelo Gazebo; Implementar a transferência de controle para os respectivos robôs reais;

33 Perguntas?????? Contato: C. Marchezi -

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