ROBOWORKS Robofleet ALGORITHMS MULTI-AGENT Manuel Itilizatè

Premye pati a se sitou sou entwodiksyon metòd fòmasyon milti-robo;
dezyèm pati a sitou dekri anviwònman kominikasyon ROS milti-machin, ki gen ladan ROS konstriksyon milti-machin kominikasyon ak pwoblèm yo ki ka rankontre nan pwosesis kominikasyon ROS;

twazyèm pati a sitou dekri etap sa yo operasyon nan senkronizasyon tan milti-machin;
katriyèm pati a eksplike itilizasyon espesifik nan pake fonksyon fòmasyon milti-machin.

Objektif dokiman sa a se yon entwodiksyon nan sistèm robo milti-ajan ak pèmèt itilizatè yo kòmanse pwojè fòmasyon milti-robo a byen vit.

ENTWODIKSYON ALGORITM MILTI-AJAN

Algoritm fòmasyon milti-ajan

Pake ROS sa a prezante yon pwoblèm tipik nan milti-ajan nan kontwòl kolaborasyon pandan yon kondwi fòmasyon. Tutorial sa a mete yon fondasyon pou devlopman nan lavni sou sijè sa a. Algorithm kontwòl fòmasyon an refere a yon algorithm ki kontwole plizyè ajan pou fòme yon fòmasyon espesifik pou fè yon travay. Kolaborasyon refere a koperasyon ant plizyè ajan lè l sèvi avèk yon sèten relasyon kontrent pou konplete yon travay. Pran kondwi nan fòmasyon milti-robo kòm yon ansyenample, kolaborasyon vle di ke robo miltip fòme yon fòmasyon vle ansanm. Sans li se yon sèten relasyon matematik ki satisfè ant pozisyon chak robo. Metòd fòmasyon yo sitou divize an kontwòl fòmasyon santralize ak kontwòl fòmasyon distribye. Metòd kontwòl fòmasyon santralize sitou gen ladan metòd estrikti vityèl, metòd teyori grafik, ak metòd prediksyon modèl. Metòd kontwòl fòmasyon distribiye sitou gen ladan yon metòd lidè-suivi, yon metòd ki baze sou konpòtman, ak yon metòd estrikti vityèl.
Pake ROS sa a aplike metòd lidè-disipyan nan metòd kontwòl fòmasyon distribiye pou egzekite kondwi fòmasyon milti-robo. Yon robo nan fòmasyon an deziyen kòm lidè a, ak lòt robo yo deziyen kòm esklav yo swiv lidè a. Algorithm la sèvi ak trajectoire mouvman an nan robo ki mennen nan mete kowòdone yo dwe swiv pa robo sa yo ak yon sèten direksyon ak vitès. Lè yo korije devyasyon pozisyon yo soti nan kowòdone swiv yo, disip yo evantyèlman ap diminye devyasyon ki genyen ant disip la ak kowòdone swiv yo espere a zewo yo nan lòd yo reyalize objektif yo nan kondwi fòmasyon an. Nan fason sa a, algorithm a se relativman mwens konplike.

Algoritm pou evite obstak

Yon algorithm komen pou evite obstak se metòd potansyèl atifisyèl jaden an. Mouvman robo a nan yon anviwònman fizik konsidere kòm yon mouvman nan yon jaden fòs atifisyèl vityèl. LiDAR idantifye obstak ki pi pre a. Obstak la bay yon jaden fòs repouse pou jenere repouse robo a epi pwen sib la bay yon jaden gravitasyonèl pou jenere fòs gravitasyonèl robo a. Nan fason sa a, li kontwole mouvman an nan robo a anba aksyon an konbine nan repouse ak atraksyon.
Pake ROS sa a se yon amelyorasyon ki baze sou metòd potansyèl atifisyèl jaden an. Premyèman, algorithm fòmasyon an kalkile vitès lineyè ak angilè disip esklav la. Lè sa a, li ogmante oswa diminye vitès lineyè ak angilè selon kondisyon pou evite obstak. Lè distans ki genyen ant disip esklav la ak obstak la pi pre, fòs repouse obstak la nan disip esklav la pi gwo. Pandan se tan, chanjman nan vitès lineyè a ak varyasyon vitès angilè yo pi gwo. Lè obstak la pi pre devan patizan esklav la, repouse obstak la pou patisipan esklav la vin pi gwo (repulsyon devan se pi gwo a epi repouse bò kote se pi piti a). Kòm yon rezilta, varyasyon yo nan vitès lineyè a ak vitès angilè a pi gwo. Atravè metòd jaden potansyèl atifisyèl la, li amelyore yon solisyon lè yon robo ka sispann reponn devan yon obstak. Sa a sèvi pou pi bon evite obstak.

MULTI-AJAN KOMINIKASYON SETUP

Kominikasyon milti-ajan se youn nan etap kle yo ranpli yon fòmasyon milti-robo. Lè pozisyon relatif yo nan robo miltip yo enkoni, robo yo bezwen pataje enfòmasyon youn ak lòt atravè kominikasyon pou fasilite etablisman an nan koneksyon. ROS-distribiye achitekti ak rezo kominikasyon yo trè pwisan. Li pa sèlman pratik pou kominikasyon entè-pwosesis, men tou pou kominikasyon ant diferan aparèy. Atravè kominikasyon rezo, tout nœuds ka kouri sou nenpòt òdinatè. Travay prensipal yo tankou pwosesis done yo fini sou bò lame a. Machin esklav yo responsab pou resevwa done anviwònman yo kolekte pa divès kalite detèktè. Lame a isit la se manadjè a ki kouri ne Mèt la nan ROS. Kad kominikasyon milti-ajan aktyèl la se atravè yon manadjè ne ak yon manadjè paramèt pou okipe kominikasyon pami plizyè robo.

Etap yo pou mete kanpe kominikasyon milti-ajan

Mete kanpe ROS Controls nan menm rezo a
- Gen 2 fason pou mete kontwòl Mèt/Esklav ROS anba menm rezo a.

Opsyon 1:

Mèt Host la kreye yon wiﬁ lokal lè li kouri manadjè nœud Mèt la. Anjeneral, youn nan robo yo deziyen kòm mèt la kreye rezo wiﬁ sa a. Lòt robo oswa machin vityèl rantre nan rezo wiﬁ sa a kòm esklav.

Opsyon 2:

Rezo wiﬁ lokal la se yon routeur yon twazyèm pati ki founi kòm yon sant relè enfòmasyon. Tout robo yo konekte ak menm routeur la. Routeur la kapab tou itilize san yon koneksyon entènèt. Chwazi youn nan robo yo kòm mèt la epi kouri manadjè a Mèt ne. Lòt robo yo deziyen kòm esklav epi kouri manadjè a ne mèt soti nan mèt la.
Desizyon an sou ki opsyon yo chwazi depann sou kondisyon pwojè ou a. Si kantite robo ki bezwen kominike pa nan yon gwo kantite, Opsyon 1 rekòmande paske li ekonomize pri epi li fasil pou mete sou pye. Lè kantite robo yo nan gwo kantite, Opsyon 2 rekòmande. Kontrent sou pouvwa enfòmatik kontwòl mèt ROS la ak lajè wiﬁ ki limite abò ka fasilman lakòz reta ak dezòd rezo. Yon routeur ka fasilman rezoud pwoblèm sa yo. Tanpri sonje ke lè w ap fè kominikasyon milti-ajan, si yo itilize machin vityèl la kòm yon esklav ROS, mòd rezo li yo dwe mete nan mòd pon.

Konfigirasyon varyab anviwònman Mèt/Esklav

Apre tout mèt ROS yo tout nan menm rezo a, yo dwe mete varyab anviwònman an pou kominikasyon milti-ajan. Varyab anviwònman sa a konfigure nan fichye .bashrc nan anyè prensipal la. Kouri kòmand gedit ~/.bashrc pou lanse li. Tanpri sonje ke tou de fichye .bashrc mèt la ak esklav la nan kominikasyon milti-ajan bezwen konfigirasyon. Ki sa ki bezwen chanje se adrès IP yo nan fen fichye a. De liy yo se ROS_MASTER_URI ak ROS_HOSTNAME, jan yo montre nan Figi 2-1-4. ROS_MASTER_URI ak ROS_HOSTNAME lame ROS la se toulède IP lokal yo. ROS_MASTER_URI nan fichye esklav ROS .bashrc a bezwen chanje nan adrès IP lame a pandan y ap ROS_HOSTNAME rete kòm yon adrès IP lokal.

Kominikasyon milti-machin ROS pa limite pa vèsyon an lage ROS. Nan pwosesis kominikasyon milti-machin, youn ta dwe konnen sa ki annapre yo:

Operasyon an nan pwogram nan esklav ROS depann sou pwogram nan mèt ROS nan aparèy la mèt ROS. Pwogram mèt ROS la dwe lanse an premye sou aparèy mèt la anvan li egzekite pwogram esklav la sou aparèy esklav la.
Adrès IP machin mèt ak esklav nan kominikasyon milti-machin bezwen nan menm rezo a. Sa vle di adrès IP la ak mask subnet la anba menm rezo a.
ROS_HOSTNAME nan fichye konfigirasyon anviwònman an .bashrc pa rekòmande pou itilize localhost. Li rekòmande pou itilize yon adrès IP espesifik.
Nan ka adrès IP esklav la pa mete kòrèkteman, aparèy esklav la ka toujou jwenn aksè nan mèt ROS la men li pa ka antre enfòmasyon kontwòl.
Si machin vityèl la patisipe nan kominikasyon milti-ajan an, mòd rezo li yo bezwen mete nan mòd pon. Estatik IP pa ka chwazi pou koneksyon rezo a.
Kominikasyon milti-machin pa kapab view oswa abònman nan sijè ki kalite done mesaj ki pa egziste lokalman.
Ou ka itilize demonstrasyon simulation Little Turtle pou verifye si kominikasyon ant robo yo reyisi:
- a. Kouri soti nan mèt la
  - rekòmanse #lanse sèvis ROS
  - tòti turtlesim_node #lanse koòdone tòti
- b. Kouri soti nan esklav la
  - rerun turtles turtle_teleop_key #lanse node kontwòl klavye pou tòti

Si ou ka manipile mouvman tòti yo nan klavye a sou esklav la, sa vle di kominikasyon mèt/esklav la te etabli avèk siksè.

Otomatik koneksyon Wifi nan ROS

Pwosedi ki anba yo eksplike kijan pou konfigirasyon robo a otomatikman konekte ak rezo lame a oswa rezo routeur.

Otomatik konfigirasyon koneksyon Wifi pou Jetson Nano

Konekte Jetson Nano atravè zouti VNC aleka oswa dirèkteman sou ekran òdinatè a. Klike sou ikòn wiﬁ ki nan kwen anlè dwat epi klike sou "Edit Koneksyon.."
Klike sou bouton an + nan Koneksyon Rezo:
Anba fenèt "Chwazi yon Kalite Koneksyon", klike sou meni ki dewoule a epi klike sou bouton "Kreye...":

Nan Kontwòl Panel la, klike sou opsyon Wifi. Antre non Wiﬁ pou konekte nan jaden "Non Koneksyon" ak SSID. Chwazi "Kliyan" nan meni deroulant "Mode" epi chwazi "wlan0" nan meni deroulant "Aparèy".
Nan Kontwòl Panel, klike sou "Jeneral" opsyon a epi tcheke "Otomatikman konekte nan rezo sa a...". Mete priyorite koneksyon an sou 1 nan opsyon "Priyorite Koneksyon pou aktivasyon oto". Tcheke opsyon "Tout itilizatè yo ka konekte nan rezo sa a". Lè opsyon a mete sou 0 nan "Priyorite Koneksyon pou aktivasyon oto" pou lòt wiﬁ, sa vle di sa a se rezo wiﬁ pi pito nan tan lontan an.
Klike sou opsyon "Sekirite Wi-Fi" nan Panel Kontwòl. Chwazi "WPA & WPA2 Pèsonèl" nan jaden "Sekirite". Apre sa, antre modpas Wifi a nan jaden "Modpas".

Nòt: Si robo a pa ka konekte otomatikman nan rezo wiﬁ apre demaraj lè priyorite wiﬁ a mete sou 0, li ka koze pa yon pwoblèm nan yon siyal wiﬁ fèb. Pou evite pwoblèm sa a, ou ka chwazi efase tout opsyon wiﬁ ki te konekte nan tan lontan an. Sèlman kenbe rezo wiﬁ ki te kreye pa lame a oswa routeur la. Klike sou opsyon "Anviwònman IPv4" nan panèl kontwòl anviwònman rezo a. Chwazi opsyon "Manyèl" nan jaden "Metòd". Lè sa a, klike sou "Ajoute", ranpli adrès IP machin esklav la nan jaden "Adrès". Ranpli "24" nan jaden "Netmask". Ranpli segman rezo IP nan "Gateway". Chanje twa dènye chif yo nan segman rezo IP a nan "1". Objektif prensipal etap sa a se ranje adrès IP la. Apre sa a fin ranpli pou premye fwa, adrès IP la ap rete san okenn chanjman lè w konekte ak menm WIFI la apre sa.

Apre tout paramèt yo konfiguré, klike sou "sove" pou sove paramèt yo. Apre ekonomize a reyisi, robo a pral otomatikman konekte ak rezo lame a oswa routeur lè li mache.

Nòt:

Adrès IP ki tabli isit la dwe menm jan ak adrès IP ki tabli nan fichye .bashrc nan Seksyon 2.1.
Adrès IP mèt la ak chak esklav dwe inik.
Adrès IP mèt ak esklav yo dwe nan menm segman rezo a.

Ou dwe tann pou lame a oswa routeur voye siyal WiFi anvan robo esklav la ka mache sou ak otomatikman konekte nan rezo a WiFi.
Apre yo fin konfigirasyon anviwònman an, si robo a pa ka konekte otomatikman ak WiFi a lè li limen, tanpri ploge epi deploge kat rezo a epi eseye konekte ankò.

Otomatik konfigirasyon koneksyon Wifi pou Franbwaz Pi

Pwosedi pou Franbwaz Pi se menm jan ak Jetson Nano.

Otomatik konfigirasyon koneksyon Wiﬁ pou Jetson TX1

Konfigirasyon an nan Jetson TX1 se prèske menm jan ak nan Jetson Nano ak yon eksepsyon Jetson TX1 ta dwe chwazi aparèy la nan "wlan1" nan "Aparèy" nan panèl la kontwòl anviwònman rezo.

MULTI-AGANT SYNCHRONIZATION SETUP

Nan pwojè fòmasyon milti-ajan, anviwònman senkronizasyon tan milti-ajan an se yon etap enpòtan. Nan pwosesis fòmasyon an, anpil pwoblèm yo pral koze akòz tan sistèm asynchrone chak robo. Se senkronizasyon tan milti-ajan divize an de sitiyasyon, sètadi, sitiyasyon kote tou de mèt ak esklav robo yo konekte nan rezo a ak sitiyasyon an kote tou de yo dekonekte nan rezo a.

Koneksyon rezo mèt/esklav siksè

Apre kominikasyon milti-ajan an konfigirasyon, si machin mèt ak esklav yo ka konekte avèk rezo a avèk siksè, yo pral otomatikman senkronize tan rezo a. Nan ka sa a, pa gen okenn lòt aksyon ki nesesè pou reyalize senkronizasyon tan.

Depanaj dekoneksyon rezo a

Apre kominikasyon milti-ajan an konfigirasyon, si aparèy mèt ak esklav yo pa ka konekte avèk rezo a, li nesesè manyèlman senkronize tan an. Nou pral sèvi ak lòd dat la pou konplete tan an.

Premyèman, enstale zouti terminator la. Soti nan zouti Terminator la, sèvi ak zouti divize fenèt la pou mete tèminal kontwòl mèt la ak esklav nan menm fenèt tèminal la (klike sou dwa pou mete yon fenèt fann, epi konekte nan machin mèt ak esklav la pa ssh nan diferan fenèt) .

sudo apt-get install terminator # Telechaje terminator pou divize fenèt tèminal la

Klike sou bouton an sou bò gòch anwo a, chwazi opsyon [Difize pou tout moun]/[Difize tout], epi antre kòmandman sa a. Lè sa a, sèvi ak zouti nan terminator pou mete menm tan an pou mèt la ak esklav.

sudo dat -s "2022-01-30 15:15:00" # Manyèl konfigirasyon tan

PAKÈ ROS MULTI-AGANT

Entwodiksyon pake ROS

Mete non esklav

Nan pake fonksyon wheeltec_multi, li nesesè pou mete yon non inik pou chak robo esklav pou evite erè. Pou egzanpample, No. 1 pou slave1 ak No. 2 pou slave2, elatriye. Objektif mete diferan non se pou gwoupe nœuds kouri yo ak distenge yo pa espas non diferan. Pou egzanpample, sijè rada esklav 1 se/slave1/scan, ak lidar node slave 1 se/slave1/laser.

Mete kanpe kowòdone esklav

Pake wheeltec_multi a ka aplike fòmasyon koutim. Lè diferan fòmasyon yo nesesè, jis modifye kowòdone yo vle nan robo yo esklav. Slave_x ak slave_y se kowòdone x ak y nan esklav la ak mèt la kòm pwen referans orijinal la. Devan mèt la se direksyon pozitif kowòdone x la, epi bò gòch la se direksyon pozitif kowòdone y la. Apre anviwònman an fini, yo pral bay yon kowòdone TF esklav1 kòm kowòdone espere esklav la. Si gen yon mèt ak de esklav, yo ka mete fòmasyon sa a:

Fòmasyon orizontal: Ou ka mete kowòdone esklav la sou bò gòch la nan slave_x:0, slave_y: 0.8, ak kowòdone yo nan esklav la sou bò dwat la nan slave_x:0, slave_y:-0.8.
Fòmasyon kolòn: kowòdone yon esklav ka mete sou: slave_x:-0.8, slave_y:0, epi kowòdone lòt esklav la ka mete sou: slave_x:-1.8, slave_y:0.

Fòmasyon triyangilè: kowòdone yon sèl esklav ka mete sou: slave_x:-0.8, slave_y: 0.8, epi kowòdone lòt esklav la ka mete sou: slave_x:-0.8, slave_y:-0.8.

Lòt fòmasyon ka Customized jan sa nesesè.

Remak:

Distans rekòmande ant de robo yo mete sou 0.8, epi li rekòmande pa pi ba pase 0.6. Distans ki genyen ant esklav yo ak mèt la rekòmande pou mete pi ba pase 2.0. Plis li lwen mèt la, se pi gwo vitès lineyè esklav la lè mèt la ap vire. Akòz limit vitès maksimòm, vitès esklav la ap devye si li pa satisfè kondisyon yo. Fòmasyon robo a pral vin chaotic.

Inisyalizasyon pozisyon esklav la

Pozisyon inisyal esklav la se nan kowòdone yo espere pa default. Anvan w kouri pwogram nan, jis mete robo esklav la tou pre kowòdone li espere pou konplete inisyalizasyon an. Fonksyon sa a aplike pa ne pose_setter nan fichye ki rele turn_on_wheeltec_robot.launch nan pake wheeltec_multi, jan yo montre nan Figi 4-1-3.

Si itilizatè a vle pèsonalize pozisyon inisyal esklav la, li sèlman bezwen mete valè slave_x ak slave_y jan yo montre nan Figi 4-1-4 nan wheeltec_slave.launch. Valè slave_x ak slave_y yo pral pase nan turn_on_wheeltec_robot.launch epi yo pral asiyen nan ne pose_setter la. Jis mete robo a nan yon pozisyon koutim anvan ou kouri pwogram nan.

Konfigirasyon pozisyon

Nan yon fòmasyon milti-ajan, premye pwoblèm ki dwe rezoud se pozisyon mèt la ak esklav la. Mèt la pral konstwi yon kat 2D an premye. Apre ou fin kreye ak sove kat la, kouri pakè navigasyon 2D epi sèvi ak algorithm adaptasyon Monte Carlo (pozmantasyon amcl) nan pake navigasyon 2D pou konfigirasyon pozisyon mèt la. Depi mèt la ak esklav yo nan menm rezo a epi pataje menm manadjè ne, mèt la te lanse kat jeyografik la soti nan pake navigasyon 2D, tout esklav yo ka itilize menm kat jeyografik la anba menm manadjè ne. Se poutèt sa, esklav la pa bezwen kreye yon kat. Nan wheeltec_slave.launch, kouri Monte Carlo positioning (amcl positioning), esklav yo ka konfigure pozisyon yo lè l sèvi avèk kat jeyografik la kreye pa mèt la.

Ki jan yo kreye fòmasyon epi kenbe fòmasyon

Nan pwosesis la nan mouvman fòmasyon, mouvman an mèt ka kontwole pa Rviz, klavye, kontwòl remote, ak lòt metòd. Esklav la kalkile vitès li atravè ne slave_tf_listener la pou kontwole mouvman li yo epi reyalize objektif fòmasyon an. Ne slave_tf_listener limite vitès esklav la pou evite vitès twòp pa kalkil ne, ki pral lakòz yon seri enpak. Valè spesifik la ka modifye nan wheeltec_slave.launch.

Paramèt ki enpòtan nan algorithm fòmasyon an se jan sa a:

Enfòmasyon pou evite obstak

Nan yon fòmasyon milti-ajan, mèt la ka itilize ne move_base pou konplete evite obstak. Sepandan, inisyalizasyon esklav la pa sèvi ak move_base ne. Nan pwen sa a, yo dwe rele multi_avoidance ne nan pwogram esklav la. Nœud pou evite obstak la pèmèt pa default nan pake a. Si sa nesesè, evite ka mete sou "fo" pou enfim ne obstak evite.

Gen kèk paramèt ki enpòtan nan ne obstak evite yo montre nan figi ki anba a, kote safe_distance se limit distans ki an sekirite obstak, ak danger_distance se limit distans obstak danjere. Lè obstak la nan distans ki an sekirite ak distans danje, esklav la ajiste pozisyon li pou evite obstak la. Lè obstak la nan danje, esklav la ap kondui lwen obstak la.

Pwosedi Operasyon

Antre lòd ekzekisyon

Preparasyon anvan yo kòmanse fòmasyon milti-ajan:

Mèt la ak esklav konekte nan menm rezo a epi mete kominikasyon milti-ajan kòrèkteman

Mèt la bati yon kat jeyografik 2D davans epi sove li
Mèt la mete nan pwen depa kat la, epi esklav la mete tou pre pozisyon inisyalizasyon (pozisyon fòmasyon esklav default la)
Apre ou fin konekte nan Jetson Nano/Raspberry Pi adistans, fè senkronizasyon tan.

sudo dat -s "2022-04-01 15:15:00"

Etap 1: Louvri yon kat 2D nan men mèt la.

roslaunch turn_on_wheeltec_robot navigation.lanse

Etap 2: Kouri pwogram fòmasyon an soti nan tout esklav yo.

roslaunch wheeltec_multi wheeltec_slave.lanse

Etap 3: Louvri ne kontwòl klavye a soti nan mèt la oswa itilize joystick la pou kontwole mouvman mèt la.

relanse wheeltec_robot_rc keyboard_teleop.launch

Etap 4: (Si ou vle) Obsève mouvman robo yo soti nan Rviz.

rviz

Nòt:

Asire w ke w konplete operasyon senkronizasyon tan an anvan ou egzekite pwogram nan.
Lè w kontwole mèt yon fòmasyon milti-ajan, vitès angilè a pa ta dwe twò vit. Vitès lineyè rekòmande a se 0.2m/s, degre vitès angilè pi ba pase 0.3rad/s. Lè mèt la ap fè yon vire, pi lwen esklav la soti nan mèt la, se pi gwo vitès lineyè a mande. Paske nan limit la sou vitès la lineyè ak vitès angilè nan pake a, lè machin nan esklav pa ka rive nan vitès ki nesesè yo, fòmasyon an pral chaotic. An jeneral, vitès lineyè twòp ka fasilman domaje robo la.

Lè kantite esklav yo gen plis pase yon sèl, akòz lame wiﬁ limite nan lame ROS la, li fasil pou lakòz gwo reta ak dekoneksyon kominikasyon milti-ajan an. Sèvi ak yon routeur ka rezoud pwoblèm sa a byen.
Pyebwa TF nan fòmasyon milti-robo (2 esklav) se: rqt_tf_tree
Dyagram relasyon nœuds fòmasyon milti-robo (2 esklav) se: rqt_graph

Dokiman / Resous

ROBOWORKS Robofleet ALGORITM MULTI-AGANT [pdfManyèl Itilizatè
Robofleet Algoritm plizyè ajan, Robofleet, Algoritm plizyè ajan, Algoritm ajan, Algoritm

Referans

Manyèl itilizatè

ROBOWORKS Robofleet ALGORITM MULTI-AGANT

Espesifikasyon

Enfòmasyon sou pwodwi

FAQ