ROBOWORKS Robofleet MULTI-AGENT ALGORITHMS User Manual

Bagean pisanan utamane babagan introduksi metode pembentukan multi-robot;
bagean kapindho utamané njlèntrèhaké setelan komunikasi multi-mesin ROS, kalebu ROS construction komunikasi multi-mesin lan masalah sing bisa ditemoni ing proses komunikasi ROS;

bagean katelu utamané njlèntrèhaké langkah-langkah operasi sinkronisasi wektu multi-mesin;
bagean papat nerangake panggunaan spesifik saka paket fungsi formasi multi-mesin.

Tujuan saka dokumen iki minangka introduksi sistem robot multi-agen lan ngidini pangguna miwiti proyek formasi multi-robot kanthi cepet.

PENGENALAN ALGORITMA MULTI-AGENT

Algoritma tatanan multi-agen

Paket ROS iki nyedhiyakake masalah khas multi-agen ing kontrol kolaboratif sajrone drive formasi. Tutorial iki nggawe dhasar kanggo pangembangan mangsa ngarep babagan topik iki. Algoritma kontrol formasi nuduhake algoritma sing ngontrol macem-macem agen kanggo mbentuk formasi khusus kanggo nindakake tugas. Kolaborasi nuduhake kerjasama antarane pirang-pirang agen nggunakake hubungan kendala tartamtu kanggo ngrampungake tugas. Njupuk drive tatanan multi-robot minangka Example, collaboration tegese sawetara robot mbentuk tatanan dikarepake bebarengan. Intine yaiku hubungan matematika tartamtu sing marem ing antarane posisi saben robot. Cara formasi utamane dipérang dadi kontrol formasi terpusat lan kontrol formasi terdistribusi. Metode kontrol formasi terpusat utamane kalebu metode struktur virtual, metode teori grafis, lan metode prediktif model. Metode kontrol formasi disebarake utamane kalebu metode pimpinan-pengikut, metode adhedhasar prilaku, lan metode struktur virtual.
Paket ROS iki nggunakake metode pimpinan-pengikut ing cara kontrol formasi sing disebarake kanggo nglakokake drive formasi multi-robot. Siji robot ing formasi kasebut ditunjuk minangka pimpinan, lan robot liyane ditunjuk minangka budak kanggo ngetutake pimpinan. Algoritma kasebut nggunakake lintasan gerakan robot utama kanggo nyetel koordinat sing bakal dilacak dening robot ing ngisor iki kanthi arah lan kacepetan tartamtu. Kanthi mbenerake panyimpangan posisi saka koordinat pelacakan, para pengikut pungkasane bakal nyuda penyimpangan antarane pengikut lan koordinat pelacak sing dikarepake dadi nol supaya bisa nggayuh tujuan drive formasi. Kanthi cara iki, algoritma kasebut relatif kurang rumit.

Algoritma panyegahan alangan

Algoritma panyingkiran alangan sing umum yaiku metode lapangan potensial buatan. Gerakan robot ing lingkungan fisik dianggep minangka gerakan ing lapangan gaya buatan virtual. Rintangan paling cedhak diidentifikasi dening LiDAR. Rintangan kasebut nyedhiyakake medan gaya tolak kanggo ngasilake tolakan marang robot lan titik target nyedhiyakake medan gravitasi kanggo ngasilake gaya gravitasi menyang robot. Kanthi cara iki, ngontrol gerakan robot miturut aksi gabungan tolak lan atraksi.
Paket ROS iki minangka dandan adhedhasar metode lapangan potensial buatan. Kaping pisanan, algoritma formasi ngitung kecepatan linear lan sudut saka pengikut Slave. Banjur nambah utawa nyuda kecepatan linear lan sudut miturut syarat panyegahan alangan. Nalika jarak antarane pandhereke Abdi lan alangan luwih cedhak, daya tolak saka alangan kanggo pandherekane Abdi luwih gedhe. Sauntara kuwi, owah-owahan kecepatan linear lan variasi kecepatan sudut luwih gedhe. Yen pepalange luwih cedhak karo ngarepe Pandhu, tolake pepalange marang Pamungkas dadi luwih gedhe (tolak ngarep paling gedhe lan tolakan sisih paling cilik). Akibaté, variasi saka kecepatan linear lan kecepatan sudut luwih gedhe. Liwat metode lapangan potensial gawean, iki nambah solusi nalika robot bisa mandheg nanggapi ing ngarepe alangan. Iki dadi tujuan kanggo nyegah alangan sing luwih apik.

MULTI-AGENT KOMUNIKASI SETUP

Komunikasi multi-agen minangka salah sawijining langkah kunci kanggo ngrampungake formasi multi-robot. Nalika posisi relatif saka sawetara robot ora dingerteni, robot kudu nuduhake informasi saben liyane liwat komunikasi kanggo nggampangake panyiapan sambungan. Arsitèktur lan komunikasi jaringan sing disebaraké ROS kuat banget. Iku ora mung trep kanggo komunikasi antar-proses nanging uga kanggo komunikasi antarane piranti beda. Liwat komunikasi jaringan, kabeh simpul bisa mlaku ing komputer apa wae. Tugas utama kayata pangolahan data rampung ing sisih host. Mesin budak tanggung jawab kanggo nampa data lingkungan sing diklumpukake dening macem-macem sensor. Tuan rumah ing kene yaiku manajer sing mbukak simpul Master ing ROS. Kerangka komunikasi multi-agen saiki yaiku liwat manajer simpul lan manajer parameter kanggo nangani komunikasi ing antarane sawetara robot.

Langkah-langkah kanggo nyiyapake komunikasi multi-agen

Nggawe Kontrol ROS ing jaringan sing padha
- Ana 2 cara nyetel Master/Slave ROS Controls ing jaringan sing padha.

Pilihan 1:

Master Host nggawe wifi lokal kanthi mbukak manajer simpul Master. Umume, salah sawijining robot sing ditunjuk minangka master nggawe jaringan wifi iki. Robot utawa mesin virtual liyane gabung karo jaringan wifi iki minangka budak.

Pilihan 2:

Jaringan wifi lokal diwenehake dening router pihak katelu minangka pusat relay informasi. Kabeh robot disambungake menyang router sing padha. Router uga bisa digunakake tanpa sambungan internet. Pilih salah sawijining robot minangka master lan mbukak manajer simpul Master. Robot liyane ditunjuk minangka budak lan mbukak manajer simpul master saka master.
Kaputusan babagan pilihan sing kudu dipilih gumantung saka syarat proyek sampeyan. Yen jumlah robot sing kudu komunikasi ora akeh, Opsi 1 dianjurake amarga bisa ngirit biaya lan gampang diatur. Nalika jumlah robot akeh, Opsi 2 dianjurake. Watesan daya komputasi kontrol master ROS lan bandwidth wifi onboard sing winates bisa nyebabake keterlambatan lan gangguan jaringan. Router bisa ngatasi masalah kasebut kanthi gampang. Elinga yen nalika nindakake komunikasi multi-agen, yen mesin virtual digunakake minangka budak ROS, mode jaringan kudu disetel menyang mode jembatan.

Konfigurasi variabel lingkungan Master/Slave

Sawise kabeh master ROS kabeh ana ing jaringan sing padha, variabel lingkungan kanggo komunikasi multi-agen kudu disetel. Variabel lingkungan iki dikonfigurasi ing file .bashrc ing direktori utama. Jalanake gedit ~/.bashrc printah kanggo miwiti. Elinga yen file .bashrc saka master lan slave ing komunikasi multi-agen kudu dikonfigurasi. Sing kudu diganti yaiku alamat IP ing mburi file. Rong baris yaiku ROS_MASTER_URI lan ROS_HOSTNAME, kaya sing ditampilake ing Gambar 2-1-4. ROS_MASTER_URI lan ROS_HOSTNAME saka host ROS loro-lorone IP lokal. ROS_MASTER_URI ing file ROS slave .bashrc kudu diganti dadi alamat IP host nalika ROS_HOSTNAME tetep dadi alamat IP lokal.

Komunikasi multi-mesin ROS ora diwatesi dening versi rilis ROS. Ing proses komunikasi multi-mesin, siji kudu weruh ing ngisor iki:

Operasi saka program abdi ROS gumantung ing program master ROS saka piranti master ROS. Program master ROS kudu diluncurake dhisik ing piranti master sadurunge nglakokake program slave ing piranti slave.
Alamat IP mesin master lan slave ing komunikasi multi-mesin kudu ana ing jaringan sing padha. Iki tegese alamat IP lan subnet mask ana ing jaringan sing padha.
ROS_HOSTNAME ing file konfigurasi lingkungan .bashrc ora dianjurake kanggo nggunakake localhost. Disaranake nggunakake alamat IP khusus.
Yen alamat IP budak ora disetel kanthi bener, piranti budak isih bisa ngakses master ROS nanging ora bisa ngetik informasi kontrol.
Yen mesin virtual melu komunikasi multi-agen, mode jaringan kudu disetel menyang mode jembatan. IP statis ora bisa dipilih kanggo sambungan jaringan.
Komunikasi multi-mesin ora bisa view utawa langganan topik jinis data pesen sing ora ana sacara lokal.
Sampeyan bisa nggunakake demo simulasi Penyu Cilik kanggo verifikasi manawa komunikasi antarane robot kasebut sukses:
- a. Mlayu saka master
  - rescore #launch layanan ROS
  - rostrum penyu turtlesim_node #launch turtles antarmuka
- b. Mlayu saka abdi
  - rerun turtle turtle_teleop_key #launch keyboard simpul kontrol kanggo penyu

Yen sampeyan bisa ngapusi gerakan kura-kura saka keyboard ing budak, tegese komunikasi master / budak wis sukses.

Sambungan Wi-Fi otomatis ing ROS

Tata cara ing ngisor iki nerangake carane ngonfigurasi robot supaya otomatis nyambung menyang jaringan host utawa jaringan router.

Persiyapan sambungan Wi-Fi otomatis kanggo Jetson Nano

Sambungake Jetson Nano liwat alat remot VNC utawa langsung menyang layar komputer. Klik ing lambang wifi ing pojok tengen ndhuwur banjur klik "Edit Sambungan.."
Klik tombol + ing Sambungan Jaringan:
Ing jendhela "Pilih Tipe Sambungan", klik menu gulung mudhun lan klik tombol "Gawe ...":

Ing Control Panel, klik pilihan Wi-Fi. Ketik jeneng Wifi sing arep disambungake ing kolom "Jeneng Sambungan" lan SSID. Pilih "Klien" ing menu gulung mudhun "Mode" lan pilih "wlan0" ing menu gulung mudhun "Piranti".
Ing Panel Kontrol, klik pilihan "Umum" lan priksa "Sambungake jaringan iki kanthi otomatis ...". Setel prioritas sambungan dadi 1 ing pilihan "Prioritas sambungan kanggo aktivasi otomatis". Priksa pilihan "Kabeh pangguna bisa nyambung menyang jaringan iki". Yen opsi disetel menyang 0 ing "Prioritas sambungan kanggo aktifitas otomatis" kanggo wifi liyane, iki tegese iki minangka jaringan wifi sing disenengi sadurunge.
Klik pilihan "Keamanan Wi-Fi" ing Panel Kontrol. Pilih "WPA & WPA2 Personal" ing kolom "Security". Banjur ketik sandhi Wi-Fi ing lapangan "Sandhi".

Cathetan: Yen robot ora bisa nyambung kanthi otomatis menyang jaringan wifi sawise booting nalika prioritas wifi disetel menyang 0, bisa uga amarga masalah sinyal wifi sing ringkih. Kanggo ngindhari masalah iki, sampeyan bisa milih mbusak kabeh opsi wifi sing wis disambungake sadurunge. Mung simpen jaringan wifi sing digawe dening host utawa router. Klik pilihan "Setelan IPv4" ing panel kontrol setelan jaringan. Pilih opsi "Manual" ing kolom "Metode". Banjur klik "Tambah", isi alamat IP mesin budak ing lapangan "Alamat". Isi "24" ing kolom "Netmask". Isi segmen jaringan IP ing "Gateway". Ganti telung digit pungkasan segmen jaringan IP dadi "1". Tujuan utama langkah iki yaiku kanggo ndandani alamat IP. Sawise rampung kanggo pisanan, alamat IP bakal tetep ora owah nalika nyambung menyang WIFI sing padha.

Sawise kabeh setelan wis diatur, klik "Simpen" kanggo nyimpen setelan. Sawise nyimpen sukses, robot bakal nyambung kanthi otomatis menyang jaringan host utawa router nalika diuripake.

Cathetan:

Alamat IP sing disetel ing kene kudu padha karo alamat IP sing disetel ing file .bashrc ing Bagean 2.1.
Alamat IP master lan saben budak kudu unik.
Alamat IP master lan slave kudu ana ing segmen jaringan sing padha.

Sampeyan kudu ngenteni host utawa router ngirim sinyal WiFi sadurunge robot budak bisa diuripake lan nyambung menyang jaringan WiFi kanthi otomatis.
Sawise setelan dikonfigurasi, yen robot ora bisa nyambung kanthi otomatis menyang WiFi nalika diuripake, copot lan copot kertu jaringan lan coba nyambungake maneh.

Persiyapan sambungan Wi-Fi otomatis kanggo Raspberry Pi

Prosedur kanggo Raspberry Pi padha karo Jetson Nano.

Persiyapan sambungan Wi-Fi otomatis kanggo Jetson TX1

Persiyapan ing Jetson TX1 meh padha karo ing Jetson Nano karo siji pangecualian Jetson TX1 kudu milih piranti "wlan1" ing "Piranti" ing panel kontrol setelan jaringan.

MULTI-AGENT SYNCRONISATION SETUP

Ing proyek tatanan multi-agen, setelan sinkronisasi wektu multi-agen minangka langkah penting. Ing proses pambentukan, akeh masalah bakal disebabake amarga wektu sistem asynchronous saben robot. Sinkronisasi wektu multi-agen dipérang dadi rong kahanan, yaiku, kahanan ing ngendi robot master lan slave disambungake menyang jaringan lan kahanan ing ngendi loro-lorone pedhot saka jaringan.

Sambungan jaringan master / slave sing sukses

Sawise komunikasi multi-agen dikonfigurasi, yen mesin master lan slave bisa kasil nyambung menyang jaringan, bakal kanthi otomatis nyinkronake wektu jaringan. Ing kasus iki, ora ana tumindak maneh sing dibutuhake kanggo entuk sinkronisasi wektu.

Ngatasi masalah sambungan jaringan

Sawise komunikasi multi-agen dikonfigurasi, yen piranti master lan slave ora bisa nyambung menyang jaringan, perlu nyelarasake wektu kanthi manual. Kita bakal nggunakake printah tanggal kanggo ngrampungake setelan wektu.

Pisanan, nginstal alat terminator. Saka alat terminator, gunakake alat pamisah jendhela kanggo nyelehake terminal kontrol master lan budak menyang jendela terminal sing padha (klik-tengen kanggo nyetel jendhela pamisah, lan mlebu menyang mesin master lan budak kanthi ssh ing windows sing beda). .

sudo apt-get install terminator # Download terminator kanggo pamisah jendhela terminal

Klik tombol ing sisih kiwa ndhuwur, pilih opsi [Broadcast to all]/[Broadcast all], banjur ketik printah ing ngisor iki. Banjur gunakake alat terminator kanggo nyetel wektu sing padha kanggo master lan slave.

sudo date -s "2022-01-30 15:15:00" # Persiyapan wektu manual

PAKET ROS MULTI-AGENT

Pengenalan Paket ROS

Setel jeneng budak

Ing paket fungsi wheeltec_multi, iku perlu kanggo nyetel jeneng unik kanggo saben robot abdi supaya kesalahane. Kanggo example, No.. 1 kanggo slave1 lan No.. 2 kanggo slave2, etc.. Tujuan nyetel jeneng beda kanggo grup mlaku simpul lan mbedakake dening namespaces beda. Kanggo example, topik radar budak 1 yaiku / slave1 / scan, lan simpul LiDAR budak 1 yaiku / slave1 / laser.

Setel koordinat budak

Paket wheeltec_multi bisa ngleksanakake tatanan adat. Nalika tatanan beda dibutuhake, mung ngowahi koordinat sing dikarepake saka robot budak. Slave_x lan slave_y minangka koordinat x lan y budak kanthi master minangka titik referensi asli. Ing ngarep master minangka arah positif saka koordinat x, lan sisih kiwa minangka arah positif saka koordinat y. Sawise setelan rampung, TF koordinat slave1 bakal ditanggepi minangka koordinat samesthine saka abdi. Yen ana siji master lan loro budak, formasi ing ngisor iki bisa disetel:

Formasi horisontal: Sampeyan bisa nyetel koordinat budak ing sisih kiwa menyang slave_x: 0, slave_y: 0.8, lan koordinat budak ing sisih tengen kanggo slave_x: 0, slave_y: -0.8.
Formasi kolom: Koordinat saka siji budak bisa disetel menyang: slave_x: -0.8, slave_y: 0, lan koordinat budak liyane bisa disetel menyang: slave_x: -1.8, slave_y: 0.

tatanan segitiga: Koordinat saka siji babu bisa disetel kanggo: slave_x: -0.8, slave_y: 0.8, lan koordinat saka abdi liyane bisa disetel kanggo: slave_x: -0.8, slave_y: -0.8.

Formasi liyane bisa disesuaikan yen perlu.

Cathetan:

Jarak sing disaranake antarane rong robot disetel dadi 0.8, lan disaranake ora luwih murah tinimbang 0.6. Jarak antarane abdi lan master dianjurake kanggo disetel ing ngisor 2.0. Luwih adoh saka master, luwih cepet kacepetan linear budak nalika master muter. Amarga watesan kacepetan maksimum, kacepetan budak bakal nyimpang yen ora nyukupi syarat. Formasi robot bakal dadi semrawut.

Initialization saka posisi abdi

Posisi wiwitan budak ing koordinat samesthine minangka standar. Sadurunge mbukak program, mung nyelehake robot budak cedhak karo koordinat sing dikarepake kanggo ngrampungake initialization. Fungsi iki dileksanakake dening simpul pose_setter ing file jenenge turn_on_wheeltec_robot.launch ing paket wheeltec_multi, minangka ditampilake ing Figure 4-1-3.

Yen pangguna pengin ngatur posisi awal babu, dheweke mung kudu nyetel nilai slave_x lan slave_y minangka ditampilake ing Figure 4-1-4 ing wheeltec_slave.launch. Nilai slave_x lan slave_y bakal diterusake menyang turn_on_wheeltec_robot.launch lan ditugasake menyang simpul pose_setter. Cukup pasang robot ing posisi khusus sadurunge mbukak program.

Konfigurasi Posisi

Ing formasi multi-agen, masalah pisanan sing kudu ditanggulangi yaiku posisi master lan budak. Master bakal nggawe peta 2D dhisik. Sawise nggawe lan nyimpen peta, bukak paket navigasi 2D lan gunakake algoritma posisi Monte Carlo adaptif (posisi amcl) ing paket navigasi 2D kanggo ngatur posisi master. Wiwit master lan budak ana ing jaringan sing padha lan nuduhake manajer simpul sing padha, master wis ngluncurake peta saka paket navigasi 2D, kabeh budak bisa nggunakake peta sing padha ing manajer simpul sing padha. Mulane, abdi ora perlu nggawe peta. Ing wheeltec_slave.launch, mbukak posisi Monte Carlo (posisi amcl), budak bisa ngatur posisi kanthi nggunakake peta sing digawe master.

Carane nggawe formasi lan njaga formasi

Ing proses gerakan formasi, gerakan master bisa dikontrol dening Rviz, keyboard, remot kontrol, lan cara liyane. Budak ngetung kacepetan liwat simpul slave_tf_listener kanggo ngontrol gerakane lan nggayuh tujuan pembentukan. Simpul slave_tf_listener mbatesi kacepetan budak supaya ora ngluwihi kacepetan kanthi pitungan simpul, sing bakal nyebabake sawetara pengaruh. Nilai spesifik bisa diowahi ing wheeltec_slave.launch.

Parameter sing relevan saka algoritma formasi yaiku:

Informasi panyegahan alangan

Ing formasi multi-agen, master bisa nggunakake simpul move_base kanggo ngrampungake panyegahan alangan. Nanging, initialization budak ora nggunakake simpul move_base. Ing titik iki, simpul multi_avoidance kudu diarani ing program budak. Node panyegahan alangan diaktifake kanthi standar ing paket kasebut. Yen perlu, panyegahan bisa disetel menyang "palsu" kanggo mateni simpul panyegahan alangan.

Sawetara paramèter sing relevan saka simpul panyingkiran alangan ditampilake ing gambar ing ngisor iki, ing ngendi safe_distance minangka watesan jarak aman alangan, lan danger_distance minangka watesan jarak sing mbebayani. Nalika alangan ing jarak aman lan jarak bebaya, abdi nyetel posisi kanggo ngindhari alangan. Nalika alangan ana ing bebaya, abdi bakal ngusir saka alangan.

Prosedur Operasi

Ketik printah eksekusi

Preparasi sadurunge miwiti formasi multi-agen:

Master lan abdi nyambung menyang jaringan sing padha lan nyetel komunikasi multi-agen kanthi bener

Master nggawe peta 2D luwih dhisik lan disimpen
Master diselehake ing titik wiwitan peta, lan budak diselehake ing cedhak posisi initialization (posisi tatanan budak standar)
Sawise mlebu menyang Jetson Nano / Raspberry Pi mbatalake, nindakake sinkronisasi wektu.

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

Langkah 1: Mbukak peta 2D saka master.

roslaunch turn_on_wheeltec_robot navigation.launch

Langkah 2: Mbukak program tatanan saka kabeh babu.

roslaunch wheeltec_multi wheeltec_slave.launch

Langkah 3: Bukak simpul kontrol keyboard saka master utawa gunakake joystick kanggo remot kontrol gerakan master.

urip maneh wheeltec_robot_rc keyboard_teleop.launch

Langkah 4: (Opsional) Mirsani obahe robot saka Rviz.

rviz

Cathetan:

Priksa manawa kanggo ngrampungake operasi sinkronisasi wektu sadurunge nglakokake program.
Nalika ngontrol master formasi multi-agen, kecepatan sudut ngirim ora cepet banget. Kacepetan linear sing disaranake yaiku 0.2m / s, derajat kacepetan sudut ngisor 0.3rad / s. Nalika master nggawe giliran, sing luwih adoh budak saka master, luwih kacepetan linear dibutuhake. Amarga watesan ing kacepetan linear lan kacepetan sudut ing paket, nalika mobil abdi ora bisa tekan kacepetan dibutuhake, tatanan bakal semrawut. Sakabèhé, kacepetan linear sing berlebihan bisa gampang ngrusak robot.

Nalika jumlah budak luwih saka siji, amarga bandwidth wifi on-board winates saka host ROS, gampang nyebabake keterlambatan lan pedhot komunikasi multi-agen. Nggunakake router bisa ngatasi masalah iki kanthi apik.
Wit TF saka tatanan multi-robot (2 babu) punika: rqt_tf_tree
Diagram hubungan simpul saka tatanan multi-robot (2 babu) punika: rqt_graph

Dokumen / Sumber Daya

ROBOWORKS ALGORITMA MULTI-AGENT Robofleet [pdf] Manual pangguna
Algoritma Multi Agen Robofleet, Robofleet, Algoritma Multi Agen, Algoritma Agen, Algoritma

Referensi

Manual pangguna

ROBOWORKS ALGORITMA MULTI-AGENT Robofleet

Spesifikasi

Informasi produk

Pitakonan