Programación del robot Pioneer con JDE.

Transcripción

1 José María Cañas Plaza

2 Índice 1 Índice Introducción Robot Pioneer: hardware Robot Pioneer: software Programación sobre servidores JDE Programación con esquemas JDE Ejemplos

3 Introducción 2 Introducción Ciencia Ficción vs Robótica real

4 Introducción (cont.) 3 Qué es un robot? Sistema informático con: Sensores Actuadores Procesadores Programación Los programas determinan el comportamiento del robot

5 Introducción (cont.) 4 Cómo se programa un robot? Cada robot tiene su propio entorno de programación Lenguajes de bajo nivel y de alto nivel Robots pequeños: procesadores empotrados p.e: Aibo, Apertos, Open-R y aplicaciones Robots medianos y grandes: PCs p.e: Pioneer, Linux, JDE y aplicaciones

6 Introducción (cont.) 5 Aplicación Aplicación Drivers Plataforma Desarrollo Sistema Operativo Hardware del robot Hardware del robot

7 Robot Pioneer: hardware 6 Robot Pioneer: hardware Base: motores, sónares, odometría Láser Cuello mecánico Webcam USB, firewire Ordenador portátil Puerto serie

8 Robot Pioneer: hardware (cont.) 7 odómetros contacto sónares Microcontrolador Siemens 88C166 RS232 red inalámbrica b ordenador portátil RS232 USB láser cámara RS232 motores pantilt

9 Robot Pioneer: software 8 Robot Pioneer: software Sistema operativo: AROS,P2OS Acceso a los sensores y actuadores Librerías, objetos ActivMedia: Saphira, ARIA (C++)

10 Robot Pioneer: software 9 Jerarquía Dinámica de Esquemas, JDE Dos niveles de programación Directamente sobre servidores Con esquemas Soporte amplio hardware del pioneer, láser, cuello mecánico cámaras video4linux, cámaras firewire simulador SRIsim simulador Stage Nace con una tesis doctoral y la mantiene un grupo de desarrolladores Donde conseguirla?

11 Robot Pioneer: software 10

12 Robot Pioneer: software (cont.) 11 Programación sobre servidores JDE Programa para el robot Mensajes por la red Servidores JDE Sensores y actuadores Programación con esquemas Programa para el robot Variables compartidas Esquemas JDE Servidores JDE Sensores y actuadores

13 Programación sobre servidores JDE 12 Programación sobre servidores JDE Otos y oculo Mensajes de red: recibir sensaciones y enviar comandos Flexibilidad de ubicación, balanceo carga Multiplataforma: unix, windows... Protocolo JDE Suscripción (S) Comandos (C) Imágenes bajo demanda (D)

14 Programación sobre servidores JDE (cont.) 13 suscripción infrarrojos o encoders envío de información sensorial CLIENTE SERVIDOR desuscripción CLIENTE comando de movimiento SERVIDOR Envíos por suscripción / desuscripción Envío de comandos de movimiento CLIENTE mensaje petición de imagen mensaje pre imagen SERVIDOR imagen Transmisión de imágenes

15 Programación sobre servidores JDE (cont.) 14 Servidor otos Puerto servidor Nuevos clientes Clientes conectados Tabla de conexiones A B C... Datos láser sónars,encoders nuevos variables estado Base Pioneer Motores (C) Odometría, 10 Hz (S) Sónares, 3 Hz (S) Laser, 10 Hz (S) Otos.conf Otosclient Medir frecuencia

16 Programación sobre servidores JDE (cont.) 15 socket 3000 pioneer_device srisim laser_device srisim robot_model./pioneer.aria srisim papageno 8101 otos.conf #pioneer_device [ /dev/ttys21 srisim stage ] #laser_device [ /dev/ttys0 srisim ] #logfile log #stage <player_host> <player_port> #srisim <SRIsim_host> <SRIsim_port>

17 Programación sobre servidores JDE (cont.) 16 otosclient Comprobar sensores Medir frecuencia Teleoperar robot

18 Programación sobre servidores JDE (cont.) 17 Servidor oculo Puerto servidor Tabla de conexiones A B C... Imágenes (D) Motores cuello (C) Encoders cuello (S) Nuevos clientes Clientes conectados imagenes video4linux pantilt Oculo.conf Oculoclient Stereoclient

19 Programación sobre servidores JDE (cont.) 18 oculo.conf socket 3001 logfile log video 0 video4linux:/dev/video0 #video 1 file:atardecer.ppm video 1 video4linux:/dev/video1 pantilt /dev/ttys0

20 Programación sobre servidores JDE (cont.) 19 Oculoclient y stereoclient Teleoperar cuello Comprobar cámaras

21 Programación sobre servidores JDE (cont.) 20 Especificación del JDE-protocol OTOS_sonars <tag,%lu> [<sensor,%d> <reading(mm),%1.1f>]...\n OTOS_laser <tag,%lu> [<reading(mm),%d>]...\n OTOS_battery <tag,%lu> <(volts),%1.1f>\n OTOS_encoders <tag,%lu> <x(mm),%1.1f> <y(mm),%1.1f> <theta( o ),%1.5f> <timestamp(us), >\n OTOS_drive_speed <speed (mm/s),%f>\n OTOS_steer_speed <speed (deg/s),%f>\n OCULO_y8bpp_sifntsc_image <tag,%lu> <#device,%d> <columns,%d> <rows,%d> <bytesperpix d> OCULO_rgb24bpp_sifntsc_image <tag,%lu> <#device,%d> <columns,%d> <rows,%d> <bytesper l,%d>

22 Programación sobre servidores JDE (cont.) 21 Sniffing del JDE-protocol <E7><E7><E7><E8><E8><E9><EB><F2><F1><F4><F4><F4><F4><F4> <EE><ED><E7><E0><DE><E0><CC><A0>y<83><A1><A6><AC><A7><A6> <A4><A2><A1><9E><A1><9E><9D><A0><9D><9B><9A><9D><9A><9A><97> <9C><9C><98><9C><98><96><98><94><95><97><98><93><80>

23 Programación sobre servidores JDE (cont.) 22 Aplicación sobre servidores JDE Manejar expĺıcitamente las comunicaciones Recibir sensaciones y enviar comandos Utiliza JDE-protocol, especificado en jdeservers.h Flexibilidad de organización Llamadas al sistema de Linux, sockets, pthreads...

24 Programación con esquemas JDE 23 Programación con esquemas JDE Variables sensoriales Variables de control Esquemas como hebras Aplicaciones robóticas suelen ser multitarea Iteraciones periódicas de control Leer y escribir variables

25 Programación con esquemas JDE 24 JDE básico Variables sensoriales: laser us x, y, theta colora colorb pan, tilt laser us x,y,theta colora, colorb pan, tilt OTOS myschema service threads MESSAGE API v,w latitude, longitude OCULO Variables de actuación: v,w latitude, longitude motors sonars encoders camera guixforms pantilt laser bumpers

26 Programación con esquemas JDE 25 Guixforms

27 Programación con esquemas JDE 26 jde.conf Para cada dispositivo especifica su fuente (local o remota) sonars otos localhost 3000 laser otos localhost 3000 encoders otos localhost 3000 motors otos localhost 3000 imagea file casaleft.pnm imageb file casaright.pnm #imagea oculo localhost #imagea video4linux /dev/video1 #imageb firewire 0

28 Programación con esquemas JDE 27 Posición X Θ robot Y x robot Y y robot X X x, y, theta pan, tilt

29 Programación con esquemas JDE 28 Obstáculos us[2] us[3] us[1] laser[0] laser[3] laser[2] laser[1] laser[0] us[0] us[15] us[7] us[8] laser us us[14]

30 Programación con esquemas JDE 29 Imágenes colora, colorb soporte local: file, video4linux, firewire soporte remoto oculo: llega una y pide la siguiente

31 Programación con esquemas JDE (cont.) 30 Actuadores Motors: v,w, control en velocidad OTOS_drive_speed <speed (mm/s),%f>\n OTOS_steer_speed <speed ( o /s),%f>\n Holonómico Pantilt motors: latitude, longitude, control en posición OCULO_pantilt_position <pan( o ),%f> <tilt( o ),%f> [<psp( o /s),%f> <tsp( o /s),%f>]

32 Programación con esquemas JDE (cont.) 31 Esqueleto de un esquema extern void square_startup(); extern void square_suspend(); extern void square_resume(int *brothers, arbitration fn); extern int square_cycle; /* ms */

33 Programación con esquemas JDE (cont.) 32 void square_startup() { pthread_mutex_lock(&mymutex[sch_square]); state[sch_square]=slept; pthread_create(&schema[sch_square],null,square_thread,null); pthread_mutex_unlock(&mymutex[sch_square]); } void square_suspend() { pthread_mutex_lock(&mymutex[sch_square]); state[sch_square]=slept; pthread_mutex_unlock(&mymutex[sch_square]); }

34 Programación con esquemas JDE (cont.) 33 void *square_thread(void *not_used) { struct timeval a,b; long diff, next; for(;;) { pthread_mutex_lock(&mymutex[sch_square]); if (state[sch_square]==slept) { printf("square: off\n"); v=0; w=0; pthread_cond_wait(&condition[sch_square],&mymutex[sch_square]); printf("square: on\n"); square_state=init; } else { gettimeofday(&a,null);

35 Programación con esquemas JDE (cont.) 34 square_iteration(); gettimeofday(&b,null); diff = (b.tv_sec-a.tv_sec)* b.tv_usec-a.tv_usec; } } next = square_cycle*1000-diff-10000; /* discounts 10ms taken by calling usleep itself */ if (next>0) usleep(square_cycle*1000-diff); else {printf("time interval violated: square\n"); usleep(square_cycle*1000);} } pthread_mutex_unlock(&mymutex[sch_square]);

36 Programación con esquemas JDE (cont.) 35 JDE completo Visualdiff Seguimiento de personas Ventana dinámica Navegación por gradiente Grafo de visibilidad Mapas dinámicos Utilidades

37 Programación con esquemas JDE (cont.) 36 Visualdiff

38 Programación con esquemas JDE (cont.) 37 Seguimiento de persona

39 Programación con esquemas JDE (cont.) 38 Esquemas Actuadores SiguePersona Esquemas Perceptivos Filtro Visual Tracking Search Forces Stop Avoid Obstacles VFF Base Tracking CONTROL CUELLO CONTROL BASE MOTORA

40 Programación con esquemas JDE (cont.) 39 Ventana dinámica

41 Programación con esquemas JDE (cont.) 40 Grafo de visibilidad

42 Programación con esquemas JDE (cont.) 41 Navegación por gradiente de campo

43 Programación con esquemas JDE (cont.) 42 Utilidades Cliente MONITOR ACCESO REMOTO Cliente PERCEPTOR Hsituner Record Replay Siguepantilt SERVIDOR en DIFERIDO datos sonar lecturas encoders imagenes

44 Programación con esquemas JDE (cont.) 43