Σχεδιασμός και παρακολούθηση λειτουργιών σε αποστολές

ρομποτικών οχημάτων

Φοιτητής: Λυκάρτσης ΙωάννηςΕπιβλέπων: Ανδρέας Συμεωνίδης

Διάρθρωση παρουσίασηςΠεριγραφή προβλήματος

Στόχος της διπλωματικής

Αρχιτεκτονική Συστήματος

Παρουσίαση Διεπαφής

Συμπεράσματα

Μελλοντικές Εφαρμογές

Διεργασίες αποστολής ρομποτικών οχημάτων Παρακολούθηση και τον έλεγχος των υποσυστημάτων του ρομπότ και

του εξοπλισμού

Ανάλυση και αναφορά της απόδοσης του ρομπότ

Σχεδιασμός, χρονοπρογραμματισμός και εκτέλεση των διεργασιών της αποστολής

Διαχείριση του ενσωματωμένου (on-board) λογισμικού

Παράδοση πακέτων δεδομένων της αποστολής

Λήψη και ανάλυση των μηνυμάτων τηλεμετρίας

Διεργασίες αποστολής ρομποτικών οχημάτων Επισκόπηση συστήματος διεργασιών αποστολής

Κοινά προβλήματα ανάπτυξης διεπαφών τηλεχειρισμούΔιαφορετικές υλοποιήσεις παρά το γεγονός ότι πολλές

λειτουργίες είναι κοινέςΛιγοστή επαναχρησιμοποίηση κώδικαΧρονοβόρα εκπαίδευση των χειριστώνΠρόχειρη υλοποίηση κυρίως όταν πρόκειται για διεπαφή

που θα χρησιμοποιηθεί σε τεστ

Στόχος εφαρφμογής GRASPΕργαλείο γρήγορης παραγωγής διεπαφών τηλεχειρισμούΑνεξαρτησία από το είδος του ρομπότ (Rover, UAV, Arm

etc)Ελαχιστοποίηση κόστους και χρόνου εκπαίδευσης

χειριστώνΠροσαρμοστικότητα σε αλλαγές του on-board softwareΜεγιστοποίηση επαναχρησιμοποιήσιμου κώδικαΥποβοήθηση χειριστή κατά την διεκπαιρέωση της

αποστολής

Ρομπότ που υποστηρίζει το GRASP Bridget

Πρωτότυπο rover για την αποστολή Exomars το 2020

6 ρόδες (6 μετακίνησης, 4 περιστροφής)

Στερεοκάμερα

Star Tracker

Φώτα (λευκά και υπεριώδη)

Ρομπότ που υποστηρίζει το GRASPLARAD

Ρομποτικός βραχίονας 6 βαθμών ελευθερίας μήκους 2 μέτρων

Συστήματα ελέγχου βασισμένα αποκλειστικά σε SpaceWire

Δυνατότητα εκτέλεσης διεργασιών με εργαλεία του end-effector

Δυνατότητα άμεσου ελέγχου κινητήρων αρθρώσεων

Τεχνολογίες ΑνάπτυξηςΓλώσσα Προγραμματισμού: Qt 5.5 with C++

Εργαλείο ανάπτυξης Qt: Qt Creator 3.4

Εργαλείο ροής βίντεο: GStreamer 0.10

Εργαλείο σχεδιασμού γραφικών: OpenGL

Εργαλείο μετατροπής αρχείων 3D μοντέλων: Assimp

Αρχιτεκτονική του ΣυστήματοςΠακέτα κλάσεων

Ένα πακέτο που περιέχει τις κλάσεις που εκτελούν τις κοινές λειτουργίες των ρομπότ

Ένα πακέτο για κάθε ρομπότ, που περιέχει τις κλάσεις που υλοποιούν τα widget της διεπαφής του

Επικοινωνία κλάσεωνΧρήση του συστήματος σήματος/θυρίδας (signal/slot) της Qt, που καθιστά εύκολη

την ενημέρωση για γεγονότα μεταξύ διαφορετικών αντικειμένων

Κάθε πακέτο κλάσεων διαθέτει μία κλάση που αναλαμβάνει τον καθορισμό των επικοινωνιών μεταξύ των διαφορετικών κλάσεων του πακέτου

Αρχιτεκτονική του ΣυστήματοςΠακέτο Γενικής Διεπαφής

Αρχιτεκτονική του ΣυστήματοςΠακέτο διεπαφής Bridget

Αρχιτεκτονική του ΣυστήματοςΕπιλογή ρομπότ αποστολής και αρχικοποίηση του συστήματος

Αρχιτεκτονική του ΣυστήματοςΥποσύστημα διεπαφής διεργασιών αποστολής ρομπότ

Βασικό Σενάριο Χρήσης

Επικοινωνία εδάφους-ρομπότΕπικοινωνία μέσω TCP/IP

Σε περίπτωση συνεργασίας 2 ρομπότ (πχ βραχίονας πάνω σε όχημα) δυνατότητα είτε επικοινωνίας με έναν κοινό on-board υπολογιστή είτε με 2 ξεχωριστούς

Σε πραγματικές αποστολές επιθυμητή η χρήση DTN (Delay Tolerant Network) που επιτρέπει την αντιμετώπιση ακραίων συνθηκών κατά την επικοινωνία

Μοντέλο Επικοινωνίας

Operator GRASP Client Server

Rover

Arm

Plans & Commands TC message TCP/IP Socket

Display TM message TCP/IP Socket

Accept/Reject

Port A

Port B

Παρουσίαση συστήματος GRASP

Επιλογή ρομπότ χειρισμού

Προσαρμοστικότητα ΕντολώνΧρήση αρχείων XML

Ομαδοποίηση εντολών

Καθορισμός παραμέτρων εντολής (όνομα, ορίσματα, όρια ορισμάτων, προϋποθέσεις εκτέλεσης κλπ)

Επιλογή από τον χειριστή εντός της εφαρμογής ποιες εντολές σκοπεύει να χρησιμοποιήσει

Widget καθορισμού επικοινωνίαςΚαθορισμός σύνδεσης

εδάφους-ρομπότ

Προβολή τελευταίου μηνύματος που αποστάλθηκε/ελήφθη

Widget Σχεδίου ΑποστολήςΔημιουργία αλληλουχίας εντολών

Εκκίνηση της αποστολής

Δυνατότητα προσωρινής παύσης/επανεκκίνησης της αποστολής

Widget ΧρονοδιαγράμματοςΔημιουργία σχεδίου αποστολής

Αλληλουχία εντολών

Διάρκεια εκτέλεσης κάθε εντολής

Παρακολούθηση εκτέλεσηςΕποπτεία των πραγματικών μηνυμάτων τηλεεντολών και τηλεμετρίας που

ανταλλάσσονται στην διάρκεια της αποστολής

Widget Χρονοδιαγράμματος

Περιορισμοί σχεδίου αποστολήςΠροστασία του ρομπότ χειρισμού από ανεπιθύμητες

καταστάσεις ελέγχουΑπαγόρευση στο χειριστή να δημιουργήσει σχέδιο ελέγχου

που θα οδηγήσει το ρομπότ σε αστάθειαΕνημέρωση για την αιτία του σφάλματος

Προετοιμασία πολύπλοκων εντολώνΟρισμένες εντολές απαιτούν πληθώρα

ορισμάτων

Επίπονο για το χειριστή να δημιουργεί την κατάλληλη μορφή της εντολής

Δημιουργία ξεχωριστών widget που παρέχουν:

Κατάλληλη διεπαφή επιλογής των ορισμάτων

Εύκολες προσαρμογές στις τιμές των ορισμάτων

Απόκρυψη από τον χειριστή των λεπτομερειών δημιουργίας την εντολής

Widget Άμεσης οδήγησηςΧειρισμός του ρομπότ με συνεχόμενες εντολές κίνησης

Αυξομείωση της ταχύτητας με προκαθορισμένο βήμα

Αλλαγή τρόπου μετακίνησης (Ackermann/Point Turn)

Παρουσίαση Τηλεμετρίας Πίνακες Ενδείξεις Διαγράμματα

Λήψη εικόνας-βίντεοΧρήση Gstreamer για streaming

του βίντεο από τις on-board κάμερες στην οθόνη του χειριστή

Δυνατότητα λήψης φωτογραφίας

Widget ΧάρτηΧάρτης δύο διαστάσεων που αναπαριστά το έδαφος της αποστολής

Δυνατότητα σημείωσης πάνω στο χάρτη (εμπόδια, ευρήματα κλπ)

Αναπαράσταση θέση και προσανατολισμού του ρομπότ

Αναπαράσταση προσανατολισμού της κάμερας

Το είδος του χάρτη εξαρτάται από τις πληροφορίες τηλεμετρίας που επιστρέφει το εκάστοτε ρομπότ (πχ θέση GPS, Digital Elevation Map κλπ)

Σχεδιασμός μονοπατιού που ακολούθησε το ρομπότ

Χάρτης αποστολής

3D αναπαράστασηΔυνατότητα οπτικοποίσης του

ρομπότ στο χώρο

Προϋποθέτει την ύπαρξη των μοντέλων CAD του ρομπότ

Αξιοποίηση των μηνυμάτων τηλεμετρίας για ανανέωση της αναπαράστασης

Δυνατότητα “κίνησης” της κάμερας

Χρήση Assimp και OpenGL για την 3D αναπαράσταση

ΑποτελέσματαΤεστ χρήσης GRASP με το Bridget

Εύρεση στόχων (σημαδεμένες πέτρες με χρώμα που εμφανίζεται υπό υπεριώδες φως) στον χώρο προσομοίωσης της επιφάνειας του πλανήτη Άρη

Διάσχιση του εδάφους και αποφυγή των απροσπέλαστων εμποδίων υπό σκοτάδι (χρήση μόνο των φώτων του ρομπότ)

Σύνολο 10 στόχοι, Διάρκεια 60 λεπτά

Συμπεράσματα πειράματοςΧειριστής που γνώριζε το GRASP βρήκε 7 στόχους και είχε 0 συγκρούσεις

Χειριστής που δεν είχε καμία επαφή με το GRASP βρήκε 4 στόχους και είχε 1 σύγκρουση

Μελλοντικές ΕφαρμογέςΕπέκταση αυτονομίας του GRASP κατά την διάρκεια της αποστολής,

ελαχιστοποιώντας τον φόρτο εργασίας του χειριστή

Παροχή εργαλείων ομαδοποίησης εντολών για ευκολότερη εποπτεία στο χρονοδιάγραμμα εκτέλεσης

Συνδυασμός με κάποιο περιβάλλον προσομοιώσεων

Παροχή εργαλείων δημιουργίας διεπαφών υψηλού επιπέδου (χωρίς να χρειάζεται να γραφτεί κώδικας)

Ευχαριστώ!!