Implementation of a robotic application platform using a robotic web simulator

1. Δημιουργία πλατφόρμας κατασκευής
ρομποτικών εφαρμογών με χρήση
διαδικτυακού ρομποτικού προσομοιωτή
Δημήτριος Ρακαντάς, ΑΕΜ 7764
Υπό την επίβλεψη του επίκουρου καθηγητή
Ανδρέα Συμεωνίδη
και του υποψήφιου διδάκτορα
Κωνσταντίνου Παναγιώτου
Θεσσαλονίκη, Ιούλιος 2018
Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης
Πολυτεχνική Σχολή
Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών
Τομέας Ηλεκτρονικής και Υπολογιστών
Εργαστήριο Επεξεργασίας Πληροφορίας και Υπολογισμών (ΕΠΥ)
issel

2. Περιεχόμενα
Σκοπός Διπλωματικής
Εμπλεκόμενες Τεχνολογίες
Ανάλυση Συστήματος
Σενάριο Xρήσης
Μελλοντικές Eπεκτάσεις

3. Σκοπός διπλωματικής
Υλοποίηση ενός συστήματος που επιτρέπει:
oΕκτέλεση προσομοιώσεων στο νέφος
oΠροβολή προσομοίωσης σε διαδικτυακό περιηγητή
oΔιασύνδεση προσομοίωσης με το σύστημα του χρήστη
Δυνατότητα εκτέλεσης ρομποτικής εφαρμογής στο περιβάλλον του χρήστη
με δεδομένα από την προσομοίωση.

4. Εμπλεκόμενες Τεχνολογίες (1/2)
 ROS(Robotic Operating System)
Μετα-λογισμικό εκτέλεσης ρομποτικών
εφαρμογών
 Rosbridge
Πρωτόκολλο επικοινωνίας ROS <-->Json
 Gazebo
Ρομποτικός Προσομοιωτής
 Gzweb
Διαδικτυακή προβολή περιβάλλοντος
προσομοίωσης Gazebo

5. Εμπλεκόμενες Τεχνολογίες (2/2)
 Docker
• Εκτέλεση εφαρμογών σε απομονωμένο
περιβάλλον
 Kubernetes
• Εκτέλεση και ενορχήστρωση
συστήματος στο νέφος
 Flask
• Διαδικτυακός εξυπηρετητής
 MongoDB
• Δομή αποθήκευσης

6. Ανάλυση Συστήματος (1/6)

7. Ανάλυση Συστήματος (2/6)
Docker Image
o Flask server
o MongoDB
o Simulation Environment
 ROS
 Gazebo
 Gzweb
 Rosbridge

8. Ανάλυση Συστήματος (3/6)
Kubernetes
 Ενορχήστρωση Docker
Containers για την
λειτουργία του συστήματος
 Διάθεση υπηρεσιών στο
διαδίκτυο
o UI
o Gzweb
o Rosbridge

9. Ανάλυση Συστήματος (4/6)
Roscloudbridge
 Διασύνδεση περιβάλλοντος
προσομοίωσης στο νέφος με
το ROS περιβάλλον του
χρήστη
 Λήψη και αποστολή
δεδομένων μέσω
Rosbridge
 Μετατροπή αυτών σε
ROS δημιουργώντας τα
αντίστοιχα ROS Topics
και Services στο ROS του
χρήστη.

10. Ανάλυση Συστήματος (5/6)
Roscloudbridge
ip
port
secret
tf
sub_topics
pub_topics
remote_services
remote_actions

11. User’s PC
Roscloudbridge “Local” ROS
Ανάλυση Συστήματος (Roscloudbridge)
“Cloud” ROS
"Cloud” ROS
Topics
Subscribe to “cloud” ROS Topics

12. User’s PC
Roscloudbridge “Local” ROS
“Cloud” ROS
Topics’ data
to “Local”
ROS Topics
Ανάλυση Συστήματος (Roscloudbridge)
“Cloud” ROS
"Cloud” ROS
Topics
Rosbridge
Subscribe to “cloud” ROS Topics

13. User’s PC
Roscloudbridge “Local” ROS
“Cloud” ROS
Topics’ data
to “Local”
ROS Topics
Ανάλυση Συστήματος (Roscloudbridge)
“Cloud” ROS
"Cloud” ROS
Topics
Rosbridge
Subscribe to “cloud” ROS Topics
“Cloud”
ROS
Topics

14. User’s PC
Roscloudbridge “Local” ROS
“Cloud” ROS
Topics’ data
to “Local”
ROS Topics
Ανάλυση Συστήματος (Roscloudbridge)
“Cloud” ROS
"Cloud” ROS
Topics
Rosbridge
“Cloud”
ROS
Topics
“Local”
ROS
Topics

15. User’s PC
Roscloudbridge “Local” ROS
“Cloud” ROS
Topics’ data
to “Local”
ROS Topics
Ανάλυση Συστήματος (Roscloudbridge)
“Cloud” ROS
"Cloud” ROS
Topics
“Local” ROS
Topics
Rosbridge
“Cloud”
ROS
Topics
Publish “local” ROS Topics
“Local” ROS
Topics’ data
to “Cloud”
ROS Topics
“Local”
ROS
Topics

16. Ανάλυση Συστήματος (6/6)
Διασύνδεση μέσω Command-Line-Interface
 $ skele tf --ip=<ip:port> --secret=<secret>
o Σύνδεση της tf στο περιβάλλον του χρήστη
 $ skele sub --ip=<ip:port> --secret=<secret> --remote=<remote>
o Δημιουργία του αντίστοιχου ROS Topic για λήψη δεδομένων
 $ skele pub --ip=<ip:port> --secret=<secret> --remote=<remote>
o Δημιουργία του αντίστοιχου ROS Topic για αποστολή δεδομένων
 $ skele srv --ip=<ip:port> --secret=<secret> --remote=<remote>
o Δημιουργία του αντίστοιχου ROS Service για λήψη δεδομένων
 $ skele action --ip=<ip:port> --secret=<secret> --remote=<remote>
o Δημιουργία του αντίστοιχου ROS Action για αποστολή και λήψη δεδομένων

17. Σενάριο Χρήσης
Εκτέλεση προσομοίωσης στο νέφος με 2 Turtlebots
1) Ένα Turtlebot με Lidar Hokuyo και Kinect Sensor
2) Ένα Turtlebot με Lidar Hokuyo
Διασύνδεση προσομοίωσης για την εκτέλεση αλγορίθμων από τον χρήστη
1) Τυχαία κίνηση στο χώρο και αποφυγή εμποδίων
1) Λήψη δεδομένων από /robot1/scan
2) Αποστολή δεδομένων σε /robot1/mobile_base/commands/velocity
2) Μετακίνηση σε ένα διαθέσιμο σημείο του map
1) Λήψη δεδομένων από /robot2/map
2) Αποστολή δεδομένων σε /robot2/move_base/goal

18. Επισκόπηση συστήματος

19. Μελλοντικές Eπεκτάσεις
Προσθήκη περισσοτέρων μοντέλων ρομπότ, αισθητήρων και περιβαλλόντων(maps)
Επιλογή έκδοσης ROS του περιβάλλοντος προσομοίωσης
Υποστήριξη Rosbags
Εκτέλεση αλγορίθμων στο νέφος και διασύνδεση τους με το περιβάλλον
προσομοίωσης

20. Ερωτήσεις