ROBOWORKS Robofleet MULTI-AGENT ALGORITHMS Manual Pamaké

bagian kadua utamana ngajelaskeun setelan komunikasi multi-mesin ROS, kaasup komunikasi multi-mesin konstruksi ROS jeung masalah anu bisa encountered dina prosés komunikasi ROS;
bagian katilu utamana ngajelaskeun léngkah-léngkah operasi sinkronisasi waktos multi-mesin;

bagian kaopat expounds pamakéan husus tina pakét fungsi formasi multi-mesin.

Tujuan tina dokumén ieu mangrupa bubuka pikeun sistem robotic multi-agén tur ngamungkinkeun pamaké pikeun ngamimitian proyék formasi multi-robot gancang.

BUBUKA ALGORITMA MULTI-AGENT

Algoritma formasi multi-agén

pakét ROS Ieu presents masalah has multi-agén dina kontrol kolaborasi salila drive formasi. Tutorial ieu nempatkeun pondasi pikeun pangwangunan hareup dina topik ieu. Algoritma kontrol formasi ngarujuk kana algoritma anu ngatur sababaraha agén pikeun ngabentuk formasi khusus pikeun ngalaksanakeun tugas. Kolaborasi nujul kana gawé babarengan antara sababaraha agén ngagunakeun hubungan konstrain tangtu pikeun ngalengkepan tugas. Candak drive formasi multi-robot salaku example, kolaborasi hartina sababaraha robot ngabentuk formasi dipikahoyong babarengan. Intina nyaéta hubungan matematis tangtu anu nyugemakeun antara posisi unggal robot. Métode formasi utamana dibagi kana kontrol formasi terpusat jeung kontrol formasi disebarkeun. Métode kontrol formasi terpusat utamana ngawengku métode struktur virtual, métode téori grafis, jeung métode prediksi modél. Métode kontrol formasi anu disebarkeun utamina kalebet metode pamimpin-pengikut, metode dumasar kana paripolah, sareng metode struktur virtual.
pakét ROS ieu nerapkeun métode pamimpin-follower dina metoda kontrol formasi disebarkeun pikeun ngaéksekusi drive formasi multi-robot. Hiji robot dina formasi ditunjuk salaku pamimpin, sareng robot sanésna ditunjuk salaku budak pikeun nuturkeun pamimpin. Algoritma ngagunakeun lintasan gerakan tina robot ngarah pikeun nyetél koordinat anu bakal dilacak ku robot di handap ieu kalayan arah sareng laju anu tangtu. Ku koréksi panyimpangan posisi tina koordinat tracking, pengikut ahirna bakal ngurangan simpangan antara follower jeung koordinat tracking ekspektasi ka enol guna ngahontal tujuan drive formasi. Ku cara kieu, algoritma relatif kirang pajeulit.

Algoritma ngahindarkeun halangan

Algoritma ngahindar halangan anu umum nyaéta metode lapang poténsi buatan. Gerakan robot di lingkungan fisik dianggap salaku gerakan dina widang gaya jieunan virtual. Halangan pangdeukeutna diidentipikasi ku LiDAR. Halangan nyadiakeun médan gaya tolak pikeun ngahasilkeun tolak ka robot jeung titik udagan nyadiakeun médan gravitasi pikeun ngahasilkeun gaya gravitasi ka robot. Ku cara kieu, éta ngadalikeun gerak robot dina aksi gabungan tina repulsion jeung atraksi.
Paket ROS ieu mangrupikeun paningkatan dumasar kana metode lapang poténsi buatan. Anu mimiti, algoritma formasi ngitung laju linier sareng sudut tina pengikut Budak. Teras naek atanapi ngirangan laju linier sareng sudut dumasar kana syarat ngahindarkeun halangan. Lamun jarak antara pengikut Budak jeung halangan geus deukeut, gaya tolak tina halangan ka pengikut Budak leuwih gede. Samentara éta, parobahan laju linier jeung variasi laju sudut leuwih gede. Nalika halangan leuwih deukeut ka hareup pengikut Budak, tolakna halangan ka pengikut Budak jadi gede (tolak hareup panggedena jeung tolakna samping nu pangleutikna). Hasilna, variasi laju linier jeung laju sudut leuwih gede. Ngaliwatan metode lapang poténsi jieunan, éta ningkatkeun solusi nalika robot tiasa ngeureunkeun ngaréspon di payuneun halangan. Ieu ngagaduhan tujuan pikeun ngahindarkeun halangan anu langkung saé.

MULTI-Agén KOMUNIKASI SETUP

Komunikasi multi-agén mangrupikeun salah sahiji léngkah konci pikeun ngarengsekeun formasi multi-robot. Nalika posisi relatif sababaraha robot teu kanyahoan, robot kudu babagi informasi silih ngaliwatan komunikasi pikeun mempermudah ngadegkeun sambungan. Arsitéktur anu disebarkeun ku ROS sareng komunikasi jaringan pohara kuat. Teu ngan merenah pikeun komunikasi antar-prosés tapi ogé pikeun komunikasi antara alat béda. Ngaliwatan komunikasi jaringan, sadaya titik tiasa dijalankeun dina komputer mana waé. Tugas utama sapertos ngolah data réngsé di sisi host. Mesin budak tanggung jawab pikeun nampi data lingkungan anu dikumpulkeun ku sababaraha sénsor. Host di dieu nyaéta manajer anu ngajalankeun titik Master di ROS. Kerangka komunikasi multi-agén ayeuna nyaéta ngaliwatan manajer titik sareng manajer parameter pikeun nanganan komunikasi diantara sababaraha robot.

Léngkah pikeun nyetél komunikasi multi-agén

Nyetél Kontrol ROS dina jaringan anu sami
- Aya 2 cara pikeun nyetél Master/Slave ROS Controls dina jaringan anu sami.

Pilihan 1:

Master Host nyiptakeun wifi lokal ku ngajalankeun pangatur titik Master. Sacara umum, salah sahiji robot anu ditunjuk minangka master nyiptakeun jaringan wifi ieu. Robot atawa mesin virtual séjén ngagabung kana jaringan wifi ieu salaku budak.

Pilihan 2:

Jaringan wifi lokal disayogikeun ku router pihak katilu salaku pusat relay inpormasi. Kabéh robot disambungkeun ka router sarua. Router ogé tiasa dianggo tanpa sambungan internét. Pilih salah sahiji robot salaku master sareng jalankeun manajer node Master. Robot séjén ditunjuk salaku budak sareng ngajalankeun manajer node master ti master.
Kaputusan ngeunaan pilihan mana anu bakal dipilih gumantung kana syarat proyék anjeun. Upami jumlah robot anu kedah komunikasi henteu ageung, Pilihan 1 disarankeun sabab ngahémat biaya sareng gampang diatur. Nalika jumlah robot dina jumlah ageung, Pilihan 2 disarankeun. Konstrain dina kakuatan komputasi kontrol master ROS jeung rubakpita wifi onboard kawates bisa kalayan gampang ngabalukarkeun reureuh jeung gangguan jaringan. Router tiasa gampang ngalereskeun masalah ieu. Punten dicatet yén nalika ngalakukeun komunikasi multi-agén, upami mesin virtual dianggo salaku budak ROS, modeu jaringanna kedah disetel ka modeu sasak.

Konfigurasi variabel lingkungan Master/Slave

Saatos sadayana master ROS sadayana dina jaringan anu sami, variabel lingkungan pikeun komunikasi multi-agén kedah diatur. Variabel lingkungan ieu dikonfigurasi dina file .bashrc dina diréktori utama. Jalankeun paréntah gedit ~/.bashrc pikeun ngaluncurkeunana. Punten dicatet yén file .bashrc master sareng slave dina komunikasi multi-agén kedah dikonfigurasi. Anu kedah dirobih nyaéta alamat IP di tungtung file. Dua garis nyaeta ROS_MASTER_URI na ROS_HOSTNAME, ditémbongkeun saperti dina Gambar 2-1-4. ROS_MASTER_URI sareng ROS_HOSTNAME host ROS duanana IP lokal. ROS_MASTER_URI dina file ROS slave .bashrc kudu dirobah jadi alamat IP host bari ROS_HOSTNAME tetep jadi alamat IP lokal.

Komunikasi multi-mesin ROS teu dibatesan ku versi pelepasan ROS. Dina prosés komunikasi multi-mesin, urang kedah sadar kana ieu:

Operasi program budak ROS gumantung kana program master ROS tina alat master ROS. Program master ROS kedah diluncurkeun heula dina alat master sateuacan ngaéksekusi program slave dina alat slave.

Alamat IP tina mesin master sareng budak dina komunikasi multi-mesin kedah aya dina jaringan anu sami. Ieu hartosna alamat IP sareng subnet mask aya dina jaringan anu sami.
ROS_HOSTNAME dina file konfigurasi lingkungan .bashrc henteu dianjurkeun ngagunakeun localhost. Disarankeun make alamat IP husus.

Upami alamat IP budak teu diatur leres, alat budak masih tiasa ngaksés master ROS tapi teu tiasa input inpormasi kontrol.
Lamun mesin virtual ilubiung dina komunikasi multi-agén, mode jaringan na kudu disetel ka mode sasak. IP statik teu bisa dipilih pikeun sambungan jaringan.

Komunikasi multi-mesin teu tiasa view atanapi ngalanggan topik jinis data pesen anu henteu aya sacara lokal.
Anjeun tiasa nganggo demo simulasi Little Turtle pikeun pariksa naha komunikasi antara robot suksés:
- a. Lumpat ti master
  - rescore #launch jasa ROS
  - rostrum penyu turtlesim_node #peluncuran antarmuka penyu
- b. Lumpat ti budak
  - jalankeun deui kuya turtle_teleop_key #launch keyboard titik kontrol pikeun kuya

Upami anjeun tiasa ngamanipulasi gerakan kuya tina keyboard dina budak, éta hartosna komunikasi master / budak parantos suksés.

Sambungan Wi-Fi otomatis dina ROS

Prosedur di handap ngajelaskeun kumaha carana ngonpigurasikeun robot pikeun otomatis nyambung ka jaringan host atawa jaringan router.

Setelan sambungan Wi-Fi otomatis pikeun Jetson Nano

Sambungkeun Jetson Nano via alat jauh VNC atawa langsung ka layar komputer. Pencét ikon wifi di pojok katuhu luhur teras klik "Édit Sambungan.."
Pencét tombol + dina Sambungan Jaringan:
Dina jandéla "Pilih Tipe Sambungan", klik menu turun-handap teras klik tombol "Jieun ...":

Dina Panel Kontrol, klik pilihan Wifi. Lebetkeun nami Wi-Fi pikeun nyambung dina widang "Ngaran Sambungan" sareng SSID. Pilih "Klién" dina menu lungsur "Mode" sareng pilih "wlan0" dina menu lungsur "Alat".
Dina Panel Control, klik pilihan "Umum" jeung pariksa "Sambungkeun otomatis ka jaringan ieu ...". Setel prioritas sambungan kana 1 dina pilihan "Prioritas sambungan pikeun aktivasina otomatis". Pariksa pilihan "Sadaya pangguna tiasa nyambung ka jaringan ieu". Lamun pilihan disetel ka 0 dina "Prioritas sambungan pikeun aktivasina otomatis" pikeun wi-fi séjén, ieu hartina ieu jaringan Wi-Fi pikaresep baheula.
Klik "Wi-Fi Security" pilihan dina Control Panel. Pilih "WPA & WPA2 Personal" dina widang "Kaamanan". Teras lebetkeun kecap akses Wi-Fi dina widang "Sandi".

Catetan: Upami robot teu tiasa otomatis nyambung ka jaringan wifi saatos boot nalika prioritas wifi disetel ka 0, éta tiasa disababkeun ku masalah sinyal wifi anu lemah. Pikeun ngahindarkeun masalah ieu, anjeun tiasa milih mupus sadaya pilihan wifi anu tos disambungkeun ti baheula. Ngan tetep jaringan wifi nu dijieun ku host atawa router. Pencét pilihan "Setélan IPv4" dina panel kontrol setélan jaringan. Pilih pilihan "Manual" dina widang "Metode". Teras klik "Tambahkeun", eusian alamat IP tina mesin budak dina widang "Alamat". Eusian "24" dina widang "Netmask". Eusian bagéan jaringan IP dina "Gateway". Ngarobah tilu digit panungtungan sahiji bagéan jaringan IP jadi "1". Tujuan utama léngkah ieu nyaéta pikeun ngalereskeun alamat IP. Saatos ieu réngsé pikeun kahiji kalina, alamat IP bakal tetep teu robih nalika nyambung ka WIFI anu sami saatosna.

Saatos sadaya setélan dikonfigurasi, klik "simpen" pikeun nyimpen setélan. Saatos ngahemat suksés, robot bakal otomatis nyambung ka jaringan host atanapi router nalika diaktipkeun.

Catetan:

Alamat IP anu disetél di dieu kedah sami sareng alamat IP anu disetél dina file .bashrc dina Bagéan 2.1.
Alamat IP master sareng unggal budak kedah unik.
Alamat IP master sareng budak kedah aya dina ruas jaringan anu sami.
Anjeun kedah ngantosan host atanapi router ngirim sinyal WiFi sateuacan robot budak tiasa diaktipkeun sareng otomatis nyambung ka jaringan WiFi.
Saatos setelan dikonfigurasi, upami robot teu tiasa otomatis nyambung ka WiFi nalika dihurungkeun, mangga colok sareng cabut kartu jaringan sareng cobian sambungkeun deui.

Setélan sambungan Wi-Fi otomatis pikeun Raspberry Pi

Prosedur pikeun Raspberry Pi sami sareng Jetson Nano.

Setélan sambungan Wi-Fi otomatis pikeun Jetson TX1

Setelan di Jetson TX1 ampir sarua jeung di Jetson Nano kalawan hiji iwal Jetson TX1 kedah milih alat "wlan1" dina "Alat" dina panel kontrol setelan jaringan.

MULTI-agén sinkronisasi setelan

Dina proyék formasi multi-agén, setelan sinkronisasi waktos multi-agén mangrupakeun hambalan krusial. Dina prosés formasi, seueur masalah anu bakal ditimbulkeun kusabab waktos sistem asynchronous unggal robot. Sinkronisasi waktos multi-agén dibagi kana dua kaayaan, nyaéta, kaayaan dimana robot master sareng budak disambungkeun ka jaringan sareng kaayaan dimana duanana dipegatkeun tina jaringan.

Koneksi jaringan master / budak anu suksés

Saatos komunikasi multi-agén dikonfigurasi, upami mesin master sareng budak tiasa suksés nyambung ka jaringan, aranjeunna bakal otomatis nyingkronkeun waktos jaringan. Dina hal ieu, euweuh tindakan salajengna diperlukeun pikeun ngahontal sinkronisasi waktos.

Ngarengsekeun masalah sambungan jaringan

Saatos komunikasi multi-agén dikonpigurasikeun, upami alat master sareng slave teu tiasa suksés nyambung ka jaringan, anjeun kedah nyinkronkeun waktos sacara manual. Kami bakal nganggo paréntah tanggal pikeun ngalengkepan setélan waktos.

Mimiti, pasang alat terminator. Tina alat terminator, paké alat pamisah jandela pikeun nempatkeun terminal kontrol master sareng budak kana jandela terminal anu sami (klik katuhu pikeun nyetél jandela pamisah, sareng lebet kana mesin master sareng budak ku ssh dina windows anu béda). .

sudo apt-get install terminator # Unduh terminator pikeun ngabagi jandela terminal

Pencét tombol di kénca luhur, pilih pilihan [Broadcast ka sadaya]/[Broadcast sadayana], teras lebetkeun paréntah di handap ieu. Teras nganggo alat terminator pikeun nyetél waktos anu sami pikeun master sareng budak.

sudo date -s "2022-01-30 15:15:00" # Pangaturan waktos manual

MULTI-agén ros pakét

ROS Paket Bubuka

Nyetél ngaran budak

Dina pakét fungsi wheeltec_multi, perlu pikeun ngeset ngaran unik pikeun tiap robot budak guna nyingkahan kasalahan. Pikeun example, No.. 1 pikeun slave1 jeung No.. 2 pikeun slave2, jsb Tujuan tina netepkeun ngaran béda nyaéta grup ngajalankeun titik jeung ngabedakeun aranjeunna ku namespaces béda. Pikeun example, topik radar budak 1 nyaeta / slave1 / scan, sarta titik LiDAR budak 1 nyaeta / slave1 / laser.

Nyetél koordinat budak

pakét wheeltec_multi bisa nerapkeun formasi custom. Nalika formasi béda anu diperlukeun, ngan ngaropéa koordinat dipikahoyong tina robot budak. Slave_x sareng slave_y mangrupikeun koordinat x sareng y budak sareng master salaku titik rujukan aslina. Bagian hareup master nyaéta arah positif tina koordinat x, sareng sisi kénca nyaéta arah positif tina koordinat y. Saatos setelan réngsé, hiji TF koordinat slave1 bakal dikaluarkeun salaku koordinat ekspektasi budak. Upami aya hiji master sareng dua budak, formasi ieu tiasa diatur:

Formasi horisontal: Anjeun tiasa nyetel koordinat budak di kénca ka slave_x: 0, slave_y: 0.8, jeung koordinat budak di katuhu ka slave_x: 0, slave_y: -0.8.
Formasi kolom: Koordinat hiji budak bisa disetel ka: slave_x: -0.8, slave_y: 0, jeung koordinat budak lianna bisa disetel ka: slave_x: -1.8, slave_y: 0.
Formasi triangular: Koordinat hiji budak bisa disetel ka: slave_x: -0.8, slave_y: 0.8, jeung koordinat budak lianna bisa disetel ka: slave_x: -0.8, slave_y: -0.8.

Formasi anu sanés tiasa disaluyukeun upami diperyogikeun.

Catetan:

Jarak dianjurkeun antara dua robot disetel ka 0.8, sarta eta disarankeun teu leuwih handap 0.6. Jarak antara budak jeung master disarankeun pikeun diatur handap 2.0. Beuki jauh ti tuan, laju linier budak anu langkung ageung nalika juragan nuju. Alatan watesan laju maksimum, laju budak bakal nyimpang lamun teu minuhan sarat. Wangunan robot bakal jadi kacau.

Initialization tina posisi budak

Posisi awal budak aya dina koordinat anu dipiharep sacara standar. Sateuacan ngajalankeun program, ngan nempatkeun robot budak deukeut koordinat na ekspektasi pikeun ngalengkepan initialization nu. Pungsi ieu dilaksanakeun ku titik pose_setter dina file ngaranna turn_on_wheeltec_robot.launch dina pakét wheeltec_multi, ditémbongkeun saperti dina Gambar 4-1-3.

Lamun pamaké hayang ngaropéa posisi awal budak, anjeunna atanapi manehna ngan perlu nyetél nilai slave_x na slave_y ditémbongkeun saperti dina Gambar 4-1-4 di wheeltec_slave.launch. Nilai slave_x na slave_y bakal diliwatan turn_on_wheeltec_robot.launch sarta ditugaskeun ka titik pose_setter. Ngan nempatkeun robot dina posisi custom saméméh ngajalankeun program.

Konfigurasi Posisi

Dina formasi multi-agén, masalah kahiji anu direngsekeun nyaéta posisi master sareng budak. Master bakal ngadamel peta 2D heula. Saatos nyiptakeun sareng nyimpen peta, ngajalankeun pakét navigasi 2D sareng nganggo algoritma posisi Monte Carlo adaptif (posisi amcl) dina pakét navigasi 2D pikeun ngonpigurasikeun posisi master. Kusabab master sareng budak aya dina jaringan anu sami sareng ngabagi manajer titik anu sami, master parantos ngaluncurkeun peta tina pakét navigasi 2D, sadaya budak tiasa nganggo peta anu sami dina manajer titik anu sami. Ku alatan éta, budak teu kudu nyieun peta. Dina wheeltec_slave.launch, ngajalankeun Monte Carlo positioning (amcl positioning), budak bisa ngonpigurasikeun posisi maranéhanana ku ngagunakeun peta dijieun ku master.

Kumaha nyieun formasi jeung ngajaga formasi

Dina prosés formasi gerakan, gerakan master bisa dikawasa ku Rviz, keyboard, remote control, jeung métode séjénna. Budak ngitung lajuna ngaliwatan titik slave_tf_listener pikeun ngontrol gerakanna sareng ngahontal tujuan formasi. Titik slave_tf_listener ngabatesan kagancangan budak pikeun ngahindarkeun kagancangan anu kaleuleuwihan ku itungan titik, anu bakal nyababkeun sababaraha dampak. Nilai husus bisa dirobah dina wheeltec_slave.launch.

Parameter relevan tina algoritma formasi nyaéta kieu:

Émbaran nyingkahan halangan

Dina formasi multi-agén, master tiasa nganggo titik move_base pikeun ngahindarkeun halangan lengkep. Nanging, inisialisasi budak henteu nganggo titik move_base. Dina titik ieu, titik multi_avoidance kedah disebat dina program budak. Titik ngahindarkeun halangan diaktipkeun sacara standar dina pakét. Upami diperlukeun, ngajauhan tiasa disetel ka "palsu" pikeun nganonaktipkeun titik ngahindarkeun halangan.

Sababaraha parameter relevan tina titik dijauhkeun halangan dipidangkeun dina gambar di handap, dimana safe_distance mangrupakeun halangan jarak aman, jeung danger_distance nyaeta halangan bahaya wates jarak. Nalika halangan aya dina jarak aman sareng jarak bahaya, budak nyaluyukeun posisina pikeun ngahindarkeun halangan. Nalika halangan aya dina bahaya, budak bakal ngajauhan halangan.

Prosedur Operasi

Lebetkeun paréntah palaksanaan

Persiapan sateuacan ngamimitian formasi multi-agén:

Master sareng budak nyambung ka jaringan anu sami sareng nyetél komunikasi multi-agén kalayan leres

Master ngawangun peta 2D sateuacanna sareng nyimpen éta
Master disimpen dina titik awal peta, sareng budak disimpen caket posisi initialization (posisi formasi budak standar)
Saatos asup ka Jetson Nano / Raspberry Pi jarak jauh, laksanakeun sinkronisasi waktos.

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

Lengkah 1: Buka peta 2D ti master.

roslaunch turn_on_wheeltec_robot navigation.launch

Lengkah 2: Jalankeun program formasi ti sakabeh budak.

roslaunch wheeltec_multi wheeltec_slave.launch

Lengkah 3: Buka titik kontrol keyboard ti master atanapi nganggo joystick pikeun kadali jauh gerakan master.

ngajalankeun deui wheeltec_robot_rc keyboard_teleop.launch

Lengkah 4: (Opsional) Nitenan gerakan robot ti Rviz.

rviz

Catetan:

Pastikeun pikeun ngarengsekeun operasi sinkronisasi waktos sateuacan ngaéksekusi program.

Nalika ngadalikeun master of formasi multi-agén, laju sudut teu kudu gancang teuing. Laju liniér anu disarankeun nyaéta 0.2m/s, darajat laju sudut handap 0.3rad/s. Nalika master nuju giliran, langkung tebih budak ti master, langkung ageung laju linier diperyogikeun. Kusabab wates on speed linier jeung speed sudut dina iket, nalika mobil budak teu bisa ngahontal speed diperlukeun, formasi bakal kacau. Gemblengna, laju linier kaleuleuwihan bisa kalayan gampang ngaruksak robot.
Lamun jumlah budak leuwih ti hiji, alatan rubakpita wi-fi on-board kawates host ROS, gampang ngabalukarkeun reureuh signifikan jeung pegatna komunikasi multi-agén. Ngagunakeun router a bisa ngajawab masalah ieu ogé.
Tangkal TF tina formasi multi-robot (2 budak) nyaéta: rqt_tf_tree

Diagram hubungan titik tina formasi multi-robot (2 budak) nyaéta: rqt_graph

Dokumén / Sumberdaya

ROBOWORKS Robofleet ALGORITMA MULTI-AGENT [pdf] Manual pamaké
Robofleet Multi Agén Algoritma, Robofleet, Multi Agén Algoritma, Agén Algoritma, Algoritma

Rujukan

Manual pamaké

ROBOWORKS Robofleet ALGORITMA MULTI-AGENT

spésifikasi

Émbaran produk

FAQs