ROBOWORKS Robofleet MULTI-AGENT ALGORITHMS Kasutusjuhend

Esimene osa käsitleb peamiselt mitme roboti moodustamise meetodi juurutamist;
teises osas kirjeldatakse peamiselt ROS-i mitme masina kommunikatsiooni seadistusi, sealhulgas ROS-i ehitust mitme masinaga side ja probleeme, mis võivad tekkida ROS-i suhtluse protsessis;

kolmas osa kirjeldab peamiselt mitme masina aja sünkroniseerimise tööetappe;
neljandas osas selgitatakse mitme masina moodustamise funktsioonide paketi spetsiifilist kasutamist.

Selle dokumendi eesmärk on sissejuhatus mitme agentuuriga robotsüsteemidesse ja võimaldab kasutajatel mitme roboti moodustamise projekti kiiresti käivitada.

MITMEAGENDI ALGORITMIDE SISSEJUHATUS

Mitme agendi moodustamise algoritmid

See ROS-i pakett kujutab endast tüüpilist mitme agendi probleemi ühisjuhtimisel moodustamise ajal. See õpetus loob aluse selle teema edasiseks arenguks. Moodustuse juhtimisalgoritm viitab algoritmile, mis juhib mitut agenti, et moodustada ülesande täitmiseks konkreetne formatsioon. Koostöö viitab koostööle mitme agendi vahel, kasutades ülesande täitmiseks teatud piirangusuhet. Võtke mitme roboti moodustamise sõit kui endineampKoostöö tähendab seda, et mitu robotit moodustavad koos soovitud koosseisu. Selle olemus on teatud matemaatiline seos, mis rahuldatakse iga roboti positsioonide vahel. Formeerimismeetodid jagunevad peamiselt tsentraliseeritud formatsiooni juhtimiseks ja hajutatud formatsiooni juhtimiseks. Tsentraliseeritud formatsiooni juhtimise meetodid hõlmavad peamiselt virtuaalse struktuuri meetodit, graafilise teooria meetodit ja mudeli ennustamise meetodit. Hajutatud formatsiooni kontrollimeetodid hõlmavad peamiselt juht-järgija meetodit, käitumispõhist meetodit ja virtuaalse struktuuri meetodit.
See ROS-pakett rakendab mitme roboti moodustamise ajami käivitamiseks hajutatud formatsiooni juhtimismeetodis juht-järgija meetodit. Üks robot formatsioonis on määratud juhiks ja teised robotid orjadeks, kes juhile järgivad. Algoritm kasutab juhtiva roboti liikumistrajektoori, et määrata koordinaadid, mida järgnevad robotid teatud suuna ja kiirusega jälgivad. Parandades asukoha kõrvalekaldeid jälgimiskoordinaatidest, vähendavad järgijad lõpuks jälgija ja eeldatavate jälgimiskoordinaatide vahelise kõrvalekalde nullini, et saavutada moodustamise eesmärgid. Sel viisil on algoritm suhteliselt vähem keeruline.

Takistuste vältimise algoritmid

Levinud takistuste vältimise algoritm on tehispotentsiaalivälja meetod. Roboti liikumist füüsilises keskkonnas käsitletakse kui liikumist virtuaalses tehisjõuväljas. Lähima takistuse tuvastab LiDAR. Takistus annab robotile tõukejõu tekitamiseks tõukejõuvälja ja sihtpunkt gravitatsioonivälja, et tekitada robotile gravitatsioonijõud. Sel viisil juhib see roboti liikumist tõrjumise ja külgetõmbe koosmõjul.
See ROS-pakett on täiustus, mis põhineb tehispotentsiaalivälja meetodil. Esiteks arvutab moodustamisalgoritm Slave järgija lineaar- ja nurkkiiruse. Seejärel suurendab või vähendab see lineaar- ja nurkkiirust vastavalt takistuste vältimise nõuetele. Kui vahemaa Slave järgija ja takistuse vahel on lähemal, on takistuse tõukejõud Slave järgija suhtes suurem. Samal ajal on lineaarkiiruse muutus ja nurkkiiruse kõikumised suuremad. Kui takistus on Slave-järgija esiosale lähemal, muutub takistuse tõrjumine orjajälgijale suuremaks (eesmine tõrjumine on suurim ja külgtõrjumine väikseim). Selle tulemusena on lineaarkiiruse ja nurkkiiruse kõikumised suuremad. Tehispotentsiaalivälja meetodi abil parandab see lahendust, kui robot võib takistuse ees reageerimise lõpetada. See teenib parema takistuste vältimise eesmärki.

MITME AGENDI SIDE SEADISTAMINE

Mitme agentuuriga suhtlemine on mitme roboti moodustamise üks peamisi samme. Kui mitme roboti suhteline asukoht on teadmata, peavad robotid jagama üksteise teavet side kaudu, et hõlbustada ühenduste loomist. ROS-i hajutatud arhitektuur ja võrguside on väga võimsad. See pole mugav mitte ainult protsessidevaheliseks suhtluseks, vaid ka erinevate seadmete vaheliseks suhtluseks. Võrguside kaudu saavad kõik sõlmed töötada mis tahes arvutis. Peamised ülesanded, nagu andmetöötlus, täidetakse hosti poolel. Orimasinad vastutavad erinevate andurite poolt kogutud keskkonnaandmete vastuvõtmise eest. Siinne host on haldur, kes juhib ROS-is põhisõlme. Praegune mitme agendi suhtlusraamistik toimub mitme roboti vahelise suhtluse haldamiseks sõlmehalduri ja parameetrihalduri kaudu.

Mitme agendi suhtluse seadistamise sammud

Seadistage ROS-juhtelemendid samas võrgus
- Ülem-/alluv-ROS-juhtelementide seadistamiseks samas võrgus on kaks võimalust.

1. valik:

Põhihost loob kohaliku wifi, käivitades põhisõlme halduri. Üldiselt loob selle wifi-võrgu üks robotitest, kes on määratud ülemaks. Teised robotid või virtuaalmasinad liituvad selle WiFi-võrguga orjadena.

2. võimalus:

Kohalikku WiFi-võrku pakub teabeedastuskeskusena kolmanda osapoole ruuter. Kõik robotid on ühendatud sama ruuteriga. Ruuterit saab kasutada ka ilma internetiühenduseta. Valige üks robotitest peamiseks ja käivitage põhisõlme haldur. Teised robotid on määratud orjadeks ja juhivad ülemsõlme haldurit.
Otsus, milline variant valida, sõltub teie projekti nõuetest. Kui suhtlemist vajavate robotite arv ei ole suur, on soovitatav valik 1, kuna see säästab kulusid ja seda on lihtne seadistada. Kui robotite arv on suur, on soovitatav valik 2. ROS-i põhijuhtseadme arvutusvõimsuse piiratus ja piiratud WiFi ribalaius võivad kergesti põhjustada viivitusi ja võrguhäireid. Ruuter saab need probleemid kergesti lahendada. Pange tähele, et kui virtuaalmasinat kasutatakse ROS-i alamseadmena, tuleb mitme agendiga suhtlemisel seadistada selle võrgurežiim sillarežiimile.

Konﬁgureerige peamise/alluva keskkonnamuutujad

Kui kõik ROS-i juhtseadmed on kõik samas võrgus, tuleb määrata mitme agendi suhtluse keskkonnamuutujad. See keskkonnamuutuja on konfigureeritud põhikataloogi .bashrc-failis. Käivitage selle käivitamiseks käsk gedit ~/.bashrc. Pange tähele, et nii ülem- kui ka alamseadme .bashrc-failid mitme agendi suhtluses peavad olema konfigureeritud. Mida tuleb muuta, on faili lõpus olevad IP-aadressid. Kaks rida on ROS_MASTER_URI ja ROS_HOSTNAME, nagu on näidatud joonisel 2-1-4. ROS-hosti ROS_MASTER_URI ja ROS_HOSTNAME on mõlemad kohalikud IP-d. ROS_MASTER_URI ROS-i alam-.bashrc-failis tuleb muuta hosti IP-aadressiks, samas kui ROS_HOSTNAME jääb kohalikuks IP-aadressiks.

ROS-i väljalaskeversioon ei piira ROS-i mitme masinaga sidet. Mitme masinaga suhtlemise protsessis tuleks meeles pidada järgmist:

ROS-i alluvprogrammi töö sõltub ROS-i peaseadme ROS-peaprogrammist. ROS-i põhiprogramm peab esmalt käivituma ülemseadmes, enne kui alamprogrammi käivitab alamseadmes.
Ülem- ja alammasinate IP-aadressid mitme masinaga sides peavad olema samas võrgus. See tähendab, et IP-aadress ja alamvõrgumask on sama võrgu all.
ROS_HOSTNAME keskkonna konfiguratsioonifailis .bashrc ei ole soovitatav localhosti kasutada. Soovitatav on kasutada kindlat IP-aadressi.
Juhul, kui alam-IP-aadress pole õigesti seadistatud, pääseb alamseade siiski juurde ROS-ülemale, kuid ei saa sisestada juhtimisteavet.
Kui virtuaalne masin osaleb mitme agendi suhtluses, tuleb selle võrgurežiim seada sillarežiimile. Staatilist IP-d ei saa võrguühenduse jaoks valida.
Mitme masinaga side ei saa view või tellige sõnumite andmetüüpi teemasid, mida kohapeal ei eksisteeri.
Saate kasutada Little Turtle'i simulatsiooni demot, et kontrollida, kas robotitevaheline suhtlus on edukas:
- a. Jookse peremehe eest
  - rescore #launch ROS-teenused
  - rostrum turtles turtlesim_node #launch turtles interface
- b. Jookse orja eest
  - taaskäivitage kilpkonnad turtle_teleop_key #käivitage kilpkonnade klaviatuuri juhtsõlm

Kui saate kilpkonna liigutusi alamseadme klaviatuurilt manipuleerida, tähendab see, et ülem-alluv side on edukalt loodud.

Automaatne WiFi-ühendus ROS-is

Allpool toodud protseduurid selgitavad, kuidas konfigureerida robotit automaatselt host- või ruuterivõrguga ühenduse loomiseks.

Automaatne WiFi-ühenduse seadistamine Jetson Nano jaoks

Ühendage Jetson Nano VNC-kaugtööriista kaudu või otse arvutiekraaniga. Klõpsake paremas ülanurgas WiFi ikooni ja seejärel nuppu "Muuda ühendusi...".
Klõpsake võrguühendustes nuppu +:
Klõpsake aknas „Vali ühenduse tüüp” rippmenüüd ja klõpsake nuppu „Loo…”:

Klõpsake juhtpaneelil valikut Wifi. Sisestage ühenduse loomiseks traadita võrgu nimi väljadele "Connection Name" ja SSID. Valige rippmenüüst "Mode" "Klient" ja valige rippmenüüst "Seade" "wlan0".
Klõpsake juhtpaneelil suvandit "Üldine" ja märkige ruut "Ühenda selle võrguga automaatselt ...". Määrake ühenduse prioriteediks 1 valikus "Ühenduse prioriteet automaatseks aktiveerimiseks". Märkige valik "Kõik kasutajad võivad selle võrguga ühenduse luua". Kui suvand on muude WiFi-võrkude jaotises „Ühenduse prioriteet automaatseks aktiveerimiseks” seatud väärtusele 0, tähendab see, et see oli minevikus eelistatud WiFi-võrk.
Klõpsake juhtpaneelil suvandit "Wi-Fi turvalisus". Valige väljal "Turvalisus" "WPA & WPA2 Personal". Seejärel sisestage väljale „Password” Wifi parool.

Märkus. Kui robot ei saa pärast käivitamist automaatselt WiFi-võrguga ühendust luua, kui WiFi-prioriteediks on seatud 0, võib selle põhjuseks olla nõrga WiFi-signaali probleem. Selle probleemi vältimiseks võite kustutada kõik varem ühendatud wifi-suvandid. Hoidke alles ainult hosti või ruuteri loodud WiFi-võrk. Klõpsake võrguseadete juhtpaneelil valikut „IPv4 sätted”. Valige väljal "Meetod" suvand "Manual". Seejärel klõpsake nuppu "Lisa", sisestage väljale "Aadress" alammasina IP-aadress. Täitke "Netmask" väljale "24". Täitke jaotises "Lüüs" IP-võrgu segment. Muutke IP-võrgu segmendi kolm viimast numbrit väärtuseks "1". Selle sammu peamine eesmärk on IP-aadressi fikseerimine. Pärast selle esmakordset lõpetamist jääb IP-aadress muutumatuks ka edaspidi sama WIFI-ga ühenduse loomisel.

Kui kõik seaded on konfigureeritud, klõpsake sätete salvestamiseks nuppu „Salvesta”. Pärast salvestamise õnnestumist loob robot automaatselt ühenduse hosti või ruuteri võrguga, kui see sisse lülitatakse.

Märkus.

Siin määratud IP-aadress peab olema sama mis jaotises 2.1 olevas .bashrc-failis määratud IP-aadress.
Ülem- ja iga alamseadme IP-aadress peab olema kordumatu.
Ülem- ja alam-IP-aadressid peavad asuma samas võrgusegmendis.

Peate ootama, kuni host või ruuter saadab välja WiFi-signaali, enne kui orjarobot saab sisse lülitada ja automaatselt WiFi-võrguga ühenduse luua.
Kui pärast seadete konfigureerimist ei saa robot sisselülitamisel automaatselt WiFi-ga ühendust luua, ühendage võrgukaart ja eemaldage see ning proovige uuesti ühendada.

Automaatne WiFi-ühenduse seadistamine Raspberry Pi jaoks

Raspberry Pi protseduur on sama, mis Jetson Nano puhul.

Automaatne WiFi-ühenduse seadistamine Jetson TX1 jaoks

Seadistamine Jetson TX1-s on peaaegu sama, mis Jetson Nanos, välja arvatud üks erand, et Jetson TX1 peaks valima võrguseadete juhtpaneeli jaotises "Seade" seadme "wlan1".

MITME AGENDI SÜNKRONISEERIMISE SEADISTUS

Mitme agendi moodustamise projektis on mitme agendi aja sünkroonimise seadistus ülioluline samm. Moodustamise käigus tekib iga roboti asünkroonse süsteemi aja tõttu palju probleeme. Mitme agendi aja sünkroonimine jaguneb kaheks olukorraks, nimelt olukorraks, kus nii ülem- kui ka alamrobot on võrguga ühendatud, ja olukord, kus mõlemad on võrgust lahti ühendatud.

Edukas ülem/aluv võrguühendus

Kui ülem- ja alammasinad saavad pärast mitme agendi side konfigureerimist edukalt võrguga ühenduse luua, sünkroonivad nad võrgu aega automaatselt. Sel juhul pole aja sünkroonimise saavutamiseks vaja täiendavaid toiminguid teha.

Võrgu katkestuste tõrkeotsing

Kui ülem- ja alamseadmed ei saa pärast mitme agendi side konfigureerimist edukalt võrguga ühendust luua, on vaja kellaaeg käsitsi sünkroonida. Aja seadmise lõpuleviimiseks kasutame kuupäeva käsku.

Esmalt installige terminaatori tööriist. Terminaatori tööriistas kasutage akende jagamise tööriista, et asetada ülem- ja alamseadme juhtklemmid samasse terminaliaknasse (jagatud akna määramiseks paremklõpsake ja logige erinevates akendes ülem- ja alammasinatesse sisse ssh abil) .

sudo apt-get install terminator # Laadige terminaliakna poolitamiseks alla terminaator

Klõpsake vasakus ülanurgas olevat nuppu, valige suvand [Edasta kõigile]/[Edasta kõigile] ja sisestage järgmine käsk. Seejärel kasutage terminaatori tööriista, et määrata ülem- ja alamseadmele sama aeg.

sudo kuupäev -s “2022-01-30 15:15:00” # Aja käsitsi seadistamine

MITMEAGENTI ROS PAKEND

ROS-paketi tutvustus

Seadistage orja nimi

Funktsioonipaketis wheeltec_multi on vigade vältimiseks vaja igale alluvrobotile määrata unikaalne nimi. Näiteksample, nr 1 orja1 jaoks ja nr 2 oru2 jaoks jne. Erinevate nimede seadmise eesmärk on rühmitada töötavad sõlmed ja eristada neid erinevate nimeruumide järgi. Näiteksample, alam 1 radariteema on/slave1/scan ja alam 1 LiDAR sõlm on/slave1/laser.

Seadistage alamkoordinaadid

Pakett wheeltec_multi saab rakendada kohandatud koosseise. Kui on vaja erinevaid koosseise, muutke lihtsalt orjarobotite soovitud koordinaate. Slave_x ja slave_y on alluva x- ja y-koordinaadid, mille algseks võrdluspunktiks on ülemseade. Peamise esiosa on x-koordinaadi positiivne suund ja vasak pool on y-koordinaadi positiivne suund. Pärast seadistuse lõpetamist väljastatakse alamseadme eeldatava koordinaadina TF-koordinaat slave1. Kui on üks ülem ja kaks alamseadet, saab määrata järgmise formatsiooni:

Horisontaalne moodustamine: Vasakpoolse alluva koordinaatideks saate määrata slave_x:0, slave_y: 0.8 ja paremal oleva alam koordinaatideks slave_x:0, slave_y:-0.8.
Veeru moodustamine: ühe alluva koordinaatideks saab määrata: slave_x:-0.8, slave_y:0 ja teise alam koordinaatideks saab määrata: slave_x:-1.8, slave_y:0.

Kolmnurkne moodustamine: ühe alam koordinaatideks saab määrata: slave_x:-0.8, slave_y: 0.8 ja teise alam koordinaatideks: slave_x:-0.8, slave_y:-0.8.

Muid koosseise saab vastavalt vajadusele kohandada.

Märkus:

Soovitatav kahe roboti vaheline kaugus on 0.8 ja see ei tohiks olla väiksem kui 0.6. Alamseadmete ja ülemseadme vaheline kaugus on soovitatav seada alla 2.0. Mida kaugemal see on ülemseadmest, seda suurem on alluva lineaarkiirus ülemseadme pöörlemisel. Maksimaalse kiiruse piirangu tõttu kaldub alluva kiirus kõrvale, kui see ei vasta nõuetele. Roboti moodustumine muutub kaootiliseks.

Ori positsiooni lähtestamine

Alamseadme esialgne asukoht on vaikimisi oodatud koordinaatidel. Enne programmi käivitamist asetage orirobot lihtsalt lähtestamise lõpuleviimiseks eeldatavate koordinaatide lähedale. Seda funktsiooni rakendab sõlm pose_setter paketi wheeltec_multi failis nimega turn_on_wheeltec_robot.launch, nagu on näidatud joonisel 4-1-3.

Kui kasutaja soovib kohandada alamseadme algset asukohta, peab ta määrama ainult väärtused slave_x ja slave_y, nagu on näidatud failis wheeltec_slave.launch joonisel 4-1-4. Väärtused slave_x ja slave_y edastatakse lingile turn_on_wheeltec_robot.launch ja määratakse sõlmele pose_setter. Enne programmi käivitamist asetage robot lihtsalt kohandatud asendisse.

Positsiooni konfiguratsioon

Mitme agendi formatsioonis on esimene probleem, mis tuleb lahendada, ülem- ja alamseadme positsioneerimine. Esmalt koostab meister 2D kaardi. Pärast kaardi loomist ja salvestamist käivitage 2D-navigatsioonipakett ja kasutage 2D-navigatsioonipaketis adaptiivset Monte Carlo positsioneerimisalgoritmi (amcl-positsioneerimine), et konfigureerida juhtseadme positsioneerimine. Kuna ülem ja alamseadmed on samas võrgus ja jagavad sama sõlmehaldurit, on ülemseade käivitanud kaardi 2D navigatsioonipaketist, kõik alamseadmed saavad kasutada sama kaarti sama sõlmehalduri all. Seetõttu ei pea ori kaarti looma. Käivitage failis wheeltec_slave.launch Monte Carlo positsioneerimine (amcl positsioneerimine), alluvad saavad oma asukohti konfigureerida, kasutades masteri loodud kaarti.

Kuidas luua formatsiooni ja säilitada formatsiooni

Moodustamise liikumise käigus saab põhiliikumist juhtida Rvizi, klaviatuuri, kaugjuhtimispuldi ja muude meetoditega. Slaev arvutab oma kiiruse läbi sõlme slave_tf_listener, et kontrollida selle liikumist ja saavutada moodustamise eesmärk. Sõlm slave_tf_listener piirab alamkiirust, et vältida sõlme arvutamisel liigset kiirust, mis põhjustab mitmeid mõjusid. Konkreetset väärtust saab muuta failis wheeltec_slave.launch.

Moodustusalgoritmi asjakohased parameetrid on järgmised:

Teave takistuste vältimise kohta

Mitme agendi koosseisus saab juht kasutada sõlme move_base takistuste vältimise lõpuleviimiseks. Kuid alamseadme lähtestamine ei kasuta sõlme move_base. Siinkohal tuleb alluvprogrammis välja kutsuda sõlme multi_avoidance. Takistuste vältimise sõlm on paketis vaikimisi lubatud. Vajadusel saab takistuse vältimise sõlme keelamiseks määrata vältimise väärtuseks "false".

Mõned takistuste vältimise sõlme asjakohased parameetrid on näidatud alloleval joonisel, kus ohutu kaugus on takistuse ohutu kauguse piirang ja ohu_kaugus on takistuse ohtliku kauguse piirang. Kui takistus on ohutus ja ohukauguses, reguleerib alluv oma asendit takistuse vältimiseks. Kui takistus on ohus, sõidab ori takistusest eemale.

Toimimisprotseduur

Sisestage täitmiskäsk

Ettevalmistused enne multiagendi moodustamise alustamist:

Ülem- ja alamseade ühenduvad samasse võrku ja seadistavad mitme agendi side õigesti

Meister koostab eelnevalt 2D kaardi ja salvestab selle
Ülemseade asetatakse kaardi alguspunkti ja alamseade asetatakse lähtestamiskoha lähedale (vaikimisi alam moodustamise asukoht).
Pärast Jetson Nano/Raspberry Pi kaugsisselogimist teostage aja sünkroonimine.

sudo kuupäev -s “2022-04-01 15:15:00”

1. samm: 2D-kaardi avamine meistrilt.

roslaunch turn_on_wheeltec_robot navigation.launch

2. samm: Käivitage moodustamisprogramm kõigist orjadest.

roslaunch wheeltec_multi wheeltec_slave.launch

3. samm: avage põhiliigutuse klaviatuuri juhtsõlm või kasutage juhtkangi kaugjuhtimiseks.

taaskäivitage wheeltec_robot_rc keyboard_teleop.launch

4. samm: (Valikuline) Jälgige Rvizi roboti liikumist.

rviz

Märkus.

Enne programmi käivitamist lõpetage kindlasti aja sünkroonimise toiming.
Multiagendi formatsiooni kapteni juhtimisel ei tohiks nurkkiirus olla liiga kiire. Soovitatav lineaarkiirus on 0.2 m/s, nurkkiirus alla 0.3 rad/s. Kui ülemseade teeb pööret, siis mida kaugemal on alam juhtseadmest, seda suuremat joonkiirust on vaja. Lineaarkiiruse ja nurkkiiruse piirangu tõttu pakendis, kui orjaauto ei suuda saavutada vajalikku kiirust, on moodustumine kaootiline. Üldiselt võib liigne lineaarkiirus robotit kergesti kahjustada.

Kui alamseadmete arv on rohkem kui üks, on ROS-i hosti piiratud ribalaiuse tõttu lihtne põhjustada olulisi viivitusi ja mitme agendi suhtluse katkemist. Ruuteri kasutamine võib selle probleemi hästi lahendada.
Mitmest robotist koosneva formatsiooni (2 orja) TF-puu on: rqt_tf_tree
Mitme roboti moodustamise (2 orja) sõlmede seoste diagramm on järgmine: rqt_graph

Dokumendid / Ressursid

ROBOWORKS Robofleet MULTI-AGENT ALGORITMID [pdfKasutusjuhend
Robofleeti mitme agendi algoritmid, Robofleet, mitme agendi algoritmid, agendi algoritmid, algoritmid

Viited

Kasutusjuhend

ROBOWORKS Robofleet MULTI-AGENT ALGORITMID

Tehnilised andmed

Tooteteave

KKK-d