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Procedia Engineering 100 (2015) 1475 – 1484
第25届DAAAM智能制造和自动化国际研讨会,
DAAAM 2014
机器人课程中ROS对移动机器人的控制
Khassanov Alisher, Krupenkin Alexander, Borgul Alexandr*
圣彼得堡国家信息技术、机械和光学研究大学，
俄罗斯联邦圣彼得堡，Kronverkskiy av.，197101，49
摘要
介绍了机器人操作系统(ROS)在学生机器人课程中的实现过程。Ros提供了不同的数据分析工具，以及Mu的设施。 机器人及其传感器、遥操作设备相互作用，从而以工程教育为目标。以多智能体相互作用为例，研究了智能体逃逸者与智能体追踪者之间的相互作用。 作为基本的导航任务。虚拟智能体的计算行为被成功地转移到了四翼飞机、基于乐高智能风暴的NXT机器人和机器人上。不同的实验测试 算法在虚拟智能体和机器人平台上进行。
20155PublishedTheAuthorsbyElsevier.PublishedLtd.ThisbyisElsevieranopen辅助有限公司“CC-NC-ND许可证”下的条款
(peerhttp：/creativecommons-reviewunderresponsibility.org/License/BYOF-ncDAAAM-nd/4.0/)。国际维也纳。
由DAAAM国际维也纳负责的同行审查
关键词：ROS；机器人；教育；多智能体系统；远程控制
1. 介绍
我们应该从控制教育的现状出发，思考机器人和控制科学的未来。使用先进的教育工具使学习更具说明性， 对年轻的专家更有吸引力。当前的技术成果使我们能够在现代控制理论和机器人技术课程中开发出高质量的课程。例如，Mechatroni 现在机器人研究设备非常流行。这样的实验装置代表了紧凑的高科技工具，极大地取代了传统的控制车间计算机sim。 软件如Matlab和Simulink。从教育的角度看，它有几个优点。首先，有了这样的实验室设备，学生们就有机会直观地理解。
对应作者。电话：7-951-664-47-88。
电子邮件地址：borGulalexandt@gmail.com，148586@niuitmo.ru
1877-7058(2015年)，Elsevier有限公司出版。这是CCby-NC-ND许可证下的一篇开放访问文章(http：/creativecommons.org/License/by-NC-nd/4.0/)。由DAAAM国际维也纳负责的同行审查
doi:10.1016/j.proeng.2015.01.519
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基本控制理论原理和体会公式如何在实际工作中真正发挥作用。另一方面，学生可以在机器人、计算机科学等相关领域获得更多的知识， 信息论，程序设计，电气和电路工程。此外，年轻的工程师能够更好地理解实验期间实际技术系统约束的临界值。 l验证。因此，利用机电一体化和机器人实验装置，可以为学生提供从公式到原则遵循机器人和控制系统开发过程的可能性。 不包括损坏昂贵设备的风险。我们主要使用这种设备在学士学生的车间，作为第一次接触更先进的硕士课程[1]。同 我们应该明白，我们越深入，我们就能探索得越多。因此，所描述的系统甚至可以用于博士研究。
但是为了能够控制不同的机器人和机电装置，我们应该为学生提供适当的编程和开发工具。常用的Matlab和SIMULINK允许开发资源 RCHS和控制机器人只有正确描述的数学模型。而且只有很少的机器人具有自由传播的模型。虽然每个机器人都可以用普通的程序来描述和编程 编程语言，如C/C或Python，但是在复杂项目或机器人的新模型中学习和使用不同的语言是不舒服的。同时也有 在机器人课程中，为了做好准备，必须对机器人的多样性进行研究。机器人操作系统(ROS)似乎是解决这个问题的最佳方案。.
由Willow车库开发并作为ROS基础设施实现的标准允许在统一的开发环境中结合软件和硬件组件。它对你来说是完全舒适的。 在学生社会中，他们可以成为工程问题的目标。学生只需了解编程语言和ros基础设施，才能使用不同的工具集。 不同的教育和实践任务。Ros是一个世界范围的开放源码项目，它包含大量可用的机器人模型、传感器和指南，支持编程语言si。 混血环境。在[2]、[3]和[4]中有许多优点。这就是为什么我们在ITMO大学的控制系统和信息系的机器人课程中实施ROS的原因。
让我们展示如何在课程和学习过程中与学生一起解决两个任务和开发复杂的项目。您可以找到r的描述和一步的解决过程。 论文的第二部分通过互联网对移动机器人的表情控制进行了研究。并给出了具有导航功能的多智能体系统开发中最热门任务之一的解决方案。 并在论文的第三部分给出了任务管理器。这两个任务说明了使用ROS仪器的简单和方便。并进行了实际实验，并给出了实验结果。
2.ROS遥操作接口网关
机器人课程中常见的任务之一是开发具有远程控制的机器人系统。Ros下的一些机器人应该通过实习生提供远程控制。 t。机器人的控制将独立于不同的地方。必须提供高水平的安全性、灵活性和性能。为这项任务提出了一个解决方案。 并在前面的论文和类似的文章中进行了描述。这是一项复杂的任务，使学生能够学习ROS环境的几乎所有主要部分。让我们给出或多或少详细的例子说明。
2.1. 任务简介
让我们从发现可用的工具开始。目前有一个软件可以通过浏览器与机器人进行交互，称为ROSLIBJS(http://wiki.ros.)。 org/rolibjs)和Ros桥套房(http://wiki.ros.org/rosbridge\_suite).)ROSLIBJS使用Web套接字与在ROS命名空间中执行的桥套件连接，可以直接交互 第一个节点。在这种情况下，解决了在单独服务器上启动桥套件的问题，以规避NAT的限制，并通过虚拟专用网络将机器人连接到服务器上。 K看上去合乎逻辑。在我们的示例中，选择OpenVPN作为安全和跨平台的决策。
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Fig. 1. Simple gateway.
如图所示。1机器人通过虚拟专用网连接到服务器，与服务器通过WebSocket浏览器也进行交互，这样的关系图提供了高性能的TH。 费用的完全支持，从桥套房事件-面向方法和安全，以牺牲数据加密的所有传输。使用linux容器lxc(http://linuxcontainers.org)) 这里的桥梁套房开始在一个孤立的环境，有限的资源，但没有开销。上面描述的方法可以扩展到一组机器人的独立控制上。 几个集装箱。然而，也存在一些困难：
- 集装箱的自动维修(创建、启动、停止）
- 从机器人到容器和从容器到web浏览器的流量路由
- 从机器人和Web浏览器访问桥套件的授权系统
2.2. 服务器端
在这一步中，学生们学习主要的组织结构和协议。系统的服务器部分由两个大模块提供：Web服务器和容器系统。这两个系统的绑定 TEM是通过数据库实现的。
我们提出了基于Yesod(http://www.yesodweb.com)框架)的Web服务器，并提供了项目业务逻辑：用户授权、机器人的创建、删除和配置：添加 D安装插件，加载配置和OpenVPN密钥.Easy-rsa脚本集(http://openvpn.net/easyrsa.html)用于X 509标准开发的密钥)。让我们跳过这部分 Web服务器所使用的数据库的模型描述，以避免将文件写得太长。
该系统通过添加插件来定制机器人的控制界面，并与机器人通信具有独特参数的扩展集。T型 他进一步向学生提供了有关插件系统的详细信息。
2.3.容器
容器系统是从事LXC容器的创建、启动和停止、容器与OpenVPN通道的连接、容器与外部Web的连接等服务任务。 插座端口。下面给出的一个容器系统所使用的数据库模型描述文件的一部分，作为一个例子。
Node # Some server is a Node
name Text
address Text
Container # LXC container
robot RobotId
node NodeId Maybe
address Text Maybe # Container address on virtual ethernet
UniqueContainerRobot robot
NewContainer # New container queue for Creator thread
ink ContainerId
Connection # Table of current connections for stats
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container ContainerId |
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node NodeId |
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since String Maybe |
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vaddress String Maybe |
# Virtual address |
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raddress String Maybe |
# Remote address |
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sent Int Maybe |
# Sent bytes |
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eceived Int Maybe |
# Received bytes |
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管理系统由容器划分为两个独立的线程：Creator和Connector。Creator线程的主要目标是创建新容器。但它不断地 在数据库中使用RS队列，并在出现请求时创建新容器。修改后的UbuntuCore12.04.3版本打包到SquashFS中(http://squashfs.sourceforge.net)用作核心文件) 集装箱系统。系统以只读模式挂载.它可以为无限数量的容器使用相同的根。连接器线程的主要目标是监视 新的OpenVPN连接及其与适当容器的绑定，这两个容器都启动了新的连接，并在连接结束的情况下停止了连接。装订 UT由网关设施的数据包作为Linux的标准防火墙。
2.4. 按某路线发送
图中给出了从特定机器人到容器和从容器到web浏览器的分组的传输。2和图2。3。细线显示数据流；网络接口为d。 Rawby正方形和圆圈显示软件。
Fig. 2. Robot connection.
Fig. 3. Web browser connection.
2.5.安全
根据现代的发展趋势，研究和实现安全解决方案，尤其是在复杂的Internet系统中，具有十分重要的意义。Ros为ROS的发展提供了良好的基础设施。 这样的解决方案。在这种情况下，通过应用于所有传输数据的tls编码以及用于桥梁套房的隔离容器。它通过在虚拟环境中直接从外部访问软件来保护软件。
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Khassanov Ali 全文共12351字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料 资料编号：[453815]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word |
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