1. ROS介紹 2. Why ROS? 3. 使用ROS的機器人介紹 4. ROS系統概念 5. Gazebo (3D Simulator) 6. Humix與ROS結合

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Humix X ROS
分享人：陳功瀚

2. 淡江大學電機工程學系 / 智慧型控制實驗室I.C. LAB / Dept. of E. E., Tamkang University Humix X ROS
Hello
陳功瀚 (Kartik)
淡江電機博士班研究生
曾經帶領開發過的機器人
足球機器人
移動機械臂
極早期滅火機器人
揀貨機器人應用於ARC
使用ROS( Robot Operating System)的經歷
2013年開始
約4年
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3. 淡江大學電機工程學系 / 智慧型控制實驗室I.C. LAB / Dept. of E. E., Tamkang University Humix X ROS
大綱
ROS介紹
Why ROS?
機器人介紹
ROS系統概念
Topic、Service
Gazebo (3D Simulator)
Humix與ROS結合
概觀
安裝介紹
操作介紹
簡易demo
P-3/31

4. 淡江大學電機工程學系 / 智慧型控制實驗室淡江大學電機工程學系 / 智慧型控制實驗室I.C. LAB / Dept. of E. E., Tamkang University Humix X ROS
ROS
Robot Operating System
Powering the world’s robots
OSRF(Open Source Robotics Foundation)

5. 淡江大學電機工程學系 / 智慧型控制實驗室I.C. LAB / Dept. of E. E., Tamkang University Humix X ROS
ROS介紹(1/3)
Robot Operating System (ROS)
歷史
2007年，由史丹佛人工智慧實驗室(Stanford Artificial
Intelligence Laboratory)發展
2008 – 2013年，主要由Willow Garage 進行維護
2013年-，主要由OSRF進行維護
 提供類似作業系統的功能 (operating system-like functionality)
非作業系統
必須基於作業系統下進行
預設為Linux Ubuntu
 支援Raspberry Pi
亦可實現在OS X作業系統 (Experimental)
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6. 淡江大學電機工程學系 / 智慧型控制實驗室I.C. LAB / Dept. of E. E., Tamkang University Humix X ROS
ROS介紹(2/3)
支援的作業系統
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7. 淡江大學電機工程學系 / 智慧型控制實驗室I.C. LAB / Dept. of E. E., Tamkang University Humix X ROS
ROS介紹(3/3)
更準確來說，ROS是一個「機器人開發框架」
完善並且簡單的通訊架構
專案管理
 透過簡單共通的通訊架構，迅速使用別人開發的專案
 只需了解輸出入內容即可使用
 不需作程式整合
方便的工具
 3D 介面(Gazebo、Rviz)
開放原程式
眾多專案(Package)可供使用
 Hokuyo雷射測距儀、IMU、Kinect、Realsense…等感測裝置
 Arduino模組
 各式演算法與套件支援模組(OpenCV、PCL、SLAM….等)
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8. 淡江大學電機工程學系 / 智慧型控制實驗室I.C. LAB / Dept. of E. E., Tamkang University Humix X ROS
Why ROS? (1/12)
使用ROS為平台的機器人
PR2 (Personal Robotics)
Aldebaran Nao
Meka
Toyota’s HSR
youBot
UBR-1
LEGO NXT
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PR2 Aldebaran Nao
ASCTec Hummingbird
Toyota’s HSR
Meka
UBR-1

9. 淡江大學電機工程學系 / 智慧型控制實驗室I.C. LAB / Dept. of E. E., Tamkang University Humix X ROS
Why ROS? (2/12)
PR2 (Personal Robotics)
http://www.willowgarage.com/pages/pr2/specs
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Type PR2
Software ROS
Manipulator A Arm :: 4
B Wrist :: 3
C Gripper :: 1
Payload 1.8 Kg
Computing Processors :: Two
Quad-Core i7 Xeon
Processors (8 cores)
Memory :: 24 GB

10. 淡江大學電機工程學系 / 智慧型控制實驗室I.C. LAB / Dept. of E. E., Tamkang University Humix X ROS
Why ROS? (3/12)
PR2 (Personal Robotics) 摺衣服，50x，2010年
P-10/31
https://www.youtube.com/watch?v=gy5g33S0Gzo

11. 淡江大學電機工程學系 / 智慧型控制實驗室I.C. LAB / Dept. of E. E., Tamkang University Humix X ROS
Why ROS? (4/12)
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12. 淡江大學電機工程學系 / 智慧型控制實驗室I.C. LAB / Dept. of E. E., Tamkang University Humix X ROS
Why ROS? (5/12)
Meka-M1
http://mekabot.com/products/m1-mobile-manipulator/
P-12/31
Type M1
Software ROS
Weight 165Kg
Size Height 1260mm
Length 800 mm
Width 460 mm
Manipulator 7 DOF
Payload 1.5kg
Release 2011

13. 淡江大學電機工程學系 / 智慧型控制實驗室I.C. LAB / Dept. of E. E., Tamkang University Humix X ROS
Why ROS? (6/12)
Toyota’s HSR(Human Support Robot)
http://www.toyota-global.com/innovation/partner_robot/family_2.html
P-13/31
Type HSR
Software ROS
Weight 32Kg
Size Height 830~1330mm
Diameter:370mm
Payload 1.5kg
Release 2012

14. 淡江大學電機工程學系 / 智慧型控制實驗室I.C. LAB / Dept. of E. E., Tamkang University Humix X ROS
Why ROS? (7/12)
Unbounded Robotics UBR-1
http://unboundedrobotics.com/
P-14/31
Type UBR-1
Software ROS
Weight 73kg
Size Height Min 965mm
Height Max 1320mm
Manipulator 7-DOF
Payload 1.5kg
Speed 1.0m/s
Release 2013
Special 14”Vertical Travel
3D RBG-sensor
Self Docking
2D Laser Scanner

15. 淡江大學電機工程學系 / 智慧型控制實驗室I.C. LAB / Dept. of E. E., Tamkang University Humix X ROS
Why ROS? (8/12)
Aldebaran NAO
Aldebaran's NAOqiOS
naoqi_driver 溝 通 NAOqiOS
與ROS
可使用ROS套件進行控制
https://community.aldebaran-robotics.com/nao/
P-15/31
Type Nao
Weight 5.2Kg
Size Height 573mm
Length 275 mm
Width 311 mm
FREEDOM HEAD x2 DOF
ARM x5 DOF
PELVIS x1 DOF
LEG x5 DOF
HAND x1 DOF

16. 淡江大學電機工程學系 / 智慧型控制實驗室I.C. LAB / Dept. of E. E., Tamkang University Humix X ROS
Why ROS? (9/12)
Pepper
由Aldebaran與Softback開發
 2013年Aldebaran已併Softback併下
naoqi_driver溝通NAOqiOS 與ROS
可使用ROS套件進行控制
P-16/31

17. 淡江大學電機工程學系 / 智慧型控制實驗室I.C. LAB / Dept. of E. E., Tamkang University Humix X ROS
Why ROS? (10/12)
淡江機器人中心使用ROS實現之機器人
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滅火機器人 (與消防基金會合作)
足球機器人
揀貨機器人

18. 淡江大學電機工程學系 / 智慧型控制實驗室I.C. LAB / Dept. of E. E., Tamkang University Humix X ROS
Why ROS? (11/12)
ROS 8 Years
P-18/31
https://www.youtube.com/watch?v=Z70_3wMFO24

19. 淡江大學電機工程學系 / 智慧型控制實驗室I.C. LAB / Dept. of E. E., Tamkang University Humix X ROS
Why ROS? (12/12)
ROS實現的機器人
ROS機器人列表
 http://robots.ros.org/
ROS 8 Years:
 https://www.youtube.com/watch?v=Z70_3wMFO24
ROS 5 Years:
 https://www.youtube.com/watch?v=PGaXiLZD2KQ
ROS 3 Years:
 https://www.youtube.com/watch?v=7cslPMzklVo
P-19/31

20. 淡江大學電機工程學系 / 智慧型控制實驗室I.C. LAB / Dept. of E. E., Tamkang University Humix X ROS
ROS系統概念(1/4)
整個ROS由各個Package(專案)組成
roscpp
rospy
每個Package由各個Node(節點)組成
每個Node都是一個單獨的程式
亦即每個Node都有一個程式進入點(main)
所有的Node由TCP/IP進行溝通，並提供以下方法
Topic
Service
所有資源的表示，以Linux路徑方式表示
/Vision/FaceDect
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21. 淡江大學電機工程學系 / 智慧型控制實驗室I.C. LAB / Dept. of E. E., Tamkang University Humix X ROS
ROS系統概念(2/4)
Topic
可想像成是一個公佈欄
Publish(傳送)
Publish To Topic
將資訊不斷的往Topic傳送
Subscribe(訂閱)
Subscribe A Topic
不斷的訂閱Topic資料
P-21/31
/teleop_turtle: Node
/turtlesim: Node
/turtle1/command_velocity: Topic

22. 淡江大學電機工程學系 / 智慧型控制實驗室I.C. LAB / Dept. of E. E., Tamkang University Humix X ROS
ROS系統概念(3/4)
Service
如同一般的Server、Client
Server(伺服端)
被動等待Client傳送訊息
當Client有所請求時，回覆訊息
Client(用戶端)
觸發請求給Service
當有需求時才進行，不會一直進行
Topic、Service不同處
Topic的Subscribe並不會回覆資料，單向
Service的Server回覆資料，雙向
P-22/31

23. 淡江大學電機工程學系 / 智慧型控制實驗室I.C. LAB / Dept. of E. E., Tamkang University Humix X ROS
ROS系統概念(4/4)
Topic通常用於連續不間斷的資料傳輸
Service用於不頻繁間斷的資料傳輸
當二個Node之間傳輸資料，只要
1.決定Topic名稱
2.訂定Topic格式
範例
 1.Topic名稱： /Vision/ballPosition
 2.Topic格式：
 X double
 Y double
說穿了，ROS就是一個非常容易溝通的網路環境
非現行開發者，只要看Topic或Service格式即可知輸出入
P-23/31

24. 淡江大學電機工程學系 / 智慧型控制實驗室I.C. LAB / Dept. of E. E., Tamkang University Humix X ROS
ROS版本說明
ROS版本(Distributions)
P-24/31
http://wiki.ros.org/Distributions
Groovy
Hydro
Indigo
Kinetic

25. 淡江大學電機工程學系 / 智慧型控制實驗室I.C. LAB / Dept. of E. E., Tamkang University Humix X ROS
Gazebo (1/4)
何由Gazebo
ROS上的3D模擬介面
Why Gazebo?
DARPA比賽分二組
 DARPA Robotics Challenge (DRC)
Virtual Robotics Challenge (VRC)
其中VRC比賽模擬環境即是以Gazebo為基礎上建立
 參考影片
 Gazebo-Simulator-for-DARPA-Virtual-Robotics-Challenge.mp4
P-25/31

26. 淡江大學電機工程學系 / 智慧型控制實驗室I.C. LAB / Dept. of E. E., Tamkang University Humix X ROS
Gazebo (2/4)
Gazebo
SDF(Simulation Description Format)
使用XML格式描述各個物體
位置、大小
物理參數
可模擬物理參數
慣性
摩擦力
地心引力
可引入STL(.stl) 、COLLADA(.dae)的3D模型
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27. 淡江大學電機工程學系 / 智慧型控制實驗室I.C. LAB / Dept. of E. E., Tamkang University Humix X ROS
Gazebo (3/4)
Gazebo參考影片：VRC
DARPA Virtual Robotics Challenge (VRC)
P-27/31
https://www.youtube.com/watch?v=k2wVj0BbtVk

28. 淡江大學電機工程學系 / 智慧型控制實驗室I.C. LAB / Dept. of E. E., Tamkang University Humix X ROS
Gazebo (4/4)
Gazebo參考影片：四旋翼+影像模擬
P-28/31
https://www.youtube.com/watch?v=4he7mPV41Xc

29. 淡江大學電機工程學系 / 智慧型控制實驗室I.C. LAB / Dept. of E. E., Tamkang University Humix X ROS
ROS結論
ROS優點
以網路為基礎的機器人開發架構
輸入/輸出明確
分工明確
機器人相關資源眾多 (套件很多)
強大的3D模擬工具(Gazebo)
缺點
版本太多，不同版本套件可能無法共用
多機器人的支援尚未完整
P-29/31

30. 淡江大學電機工程學系 / 智慧型控制實驗室I.C. LAB / Dept. of E. E., Tamkang University Humix X ROS
參考資料
參考資料
ROS入門，http://wiki.ros.org/ROS/Tutorials
 看了不下千次
ROS介紹，
http://my.phirobot.com/drafts/ros_quick_start1_start_with_ubu
ntu_for_ros.html
Gazebo入門，http://gazebosim.org/wiki/Tutorials
SDF，http://gazebosim.org/sdf/1.4.html
VCR，
http://www.darpa.mil/NewsEvents/Releases/2013/06/27.aspx
影片
 PR2，www.youtube.com/watch?v=S2GAz5F03Ls
 Gazebo VRC，https://www.youtube.com/watch?v=yVICMC_BAiU
P-30/31

31. 淡江大學電機工程學系 / 智慧型控制實驗室淡江大學電機工程學系 / 智慧型控制實驗室I.C. LAB / Dept. of E. E., Tamkang University Humix X ROS
Humix X ROS
進入主題

32. 淡江大學電機工程學系 / 智慧型控制實驗室I.C. LAB / Dept. of E. E., Tamkang University Humix X ROS
概觀
ROS在Kinetic 版本後，已全面支援NodeJS
與Humix結合非常容易！
在Kinetic 版本之前需使用rosbridge套件
 Humix-rosbridge
 https://github.com/kbehouse/humix-rosbridge
實作方式
製作一個humix-sense模組
製作一個ROS節點，與ROS溝通
以上功能在同一隻程式
當接收到humix事件時 -> 觸發ROS的命令
Github
https://github.com/kbehouse/humix-ros-module
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33. 淡江大學電機工程學系 / 智慧型控制實驗室I.C. LAB / Dept. of E. E., Tamkang University Humix X ROS
安裝
確定以下套件已安裝
humix-think
 https://github.com/project-humix/humix-think
humix-sense
 https://github.com/project-humix/humix-sense
ROS Kinetic
 http://wiki.ros.org/kinetic/Installation
安裝humix-ros-module
git clone git@github.com:kbehouse/humix-ros-module.git
cd humix-ros-module
npm install
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34. 淡江大學電機工程學系 / 智慧型控制實驗室I.C. LAB / Dept. of E. E., Tamkang University Humix X ROS
啟動
啟動ROS與一隻小烏龜
roscore
rosrun turtlesim turtlesim_node.
啟動Humix
cd ~/humix/humix-think/
npm start
 cd ~/humix/humix-sense
npm start
cd ~/humix/humix-ros-module
npm start
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35. 淡江大學電機工程學系 / 智慧型控制實驗室I.C. LAB / Dept. of E. E., Tamkang University Humix X ROS
Humix Flow
Flow
P-35/31

36. 淡江大學電機工程學系 / 智慧型控制實驗室I.C. LAB / Dept. of E. E., Tamkang University Humix X ROS
Demo影片
Humix X ROS
P-36/31
https://youtu.be/aLF1cb5rmuk

37. 淡江大學電機工程學系 / 智慧型控制實驗室I.C. LAB / Dept. of E. E., Tamkang University Humix X ROS
一點點技術 (1/4)
Dependencies
Package.json
使用以下三個套件
require
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38. 淡江大學電機工程學系 / 智慧型控制實驗室I.C. LAB / Dept. of E. E., Tamkang University Humix X ROS
一點點技術 (2/4)
與ROS的連結
在ROS中創立/humix節點
創立一個publisher名為pub
P-38/31

39. 淡江大學電機工程學系 / 智慧型控制實驗室I.C. LAB / Dept. of E. E., Tamkang University Humix X ROS
一點點技術 (3/4)
當接收到humix-sense的robot_cmd
Humix-ros-module接收到robot_cmd的command
call_robot_cmd()
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40. 淡江大學電機工程學系 / 智慧型控制實驗室I.C. LAB / Dept. of E. E., Tamkang University Humix X ROS
一點點技術 (4/4)
以上霧煞煞
http://wiki.ros.org/ROS/Tutorials
約2~3天 (很值得學習)
 有Linux指令基礎與C++或Ptyhon基礎.
 一起為台灣打下機器人產業的基礎
P-40/31

41. 淡江大學電機工程學系 / 智慧型控制實驗室I.C. LAB / Dept. of E. E., Tamkang University Humix X ROS
其他Demo (1/2)
Humix 控制機械手臂
P-41/31

42. 淡江大學電機工程學系 / 智慧型控制實驗室I.C. LAB / Dept. of E. E., Tamkang University Humix X ROS
其他Demo (2/2)
實體人形機器人展示
ROS Indigo
使用rosbridge溝通
Github
https://github.com/kbehouse
/humix-rosbridge
P-42/31
感謝聖儒製作人形功能

43. 淡江大學電機工程學系 / 智慧型控制實驗室淡江大學電機工程學系 / 智慧型控制實驗室I.C. LAB / Dept. of E. E., Tamkang University Humix X ROS
謝 謝 指 教