Sơ lược về Robot Operating System(ROS)

Robot operating system  là một hệ thống phần mềm chuyên dụng để lập trình và điều khiển robot, bao gồm các công cụ để lập trình, hiển thị, tương tác trực tiếp với phần cứng, và kết nối cộng đồng robot trên toàn thế giới. Nói chung là nếu bạn muốn lập trình và điều khiển một con robot, sử dụng phần mềm ROS sẽ giúp quá trình thực hiện nhanh hơn và bớt đau khổ hơn rất nhiều. Và bạn không cần ngồi viết lại những thứ mà người khác đã làm rồi, mà có những thứ muốn viết lại cũng không có khả năng. Như Lidar hoặc Radar driver chẳng hạn.

ROS chạy trên nền Ubuntu,  do đó để sử dụng ROS đầu tiền các bạn phải cài Linux. Cho bạn nào chưa biết cài Linux và ros thì mình có link này cho các bạn:

 

Những Robot và sensor được hỗ trợ bởi ROS:

16

Trên đây là những robot được hỗ trợ, bắt đầu từ Pepper(a), REEM-C(b), Turtlebot(c), Robotnaut(d) và Universal robot(e). Ngoài ra, các sensor được hỗ trợ bởi ROS gồm có LIDAR, SICK laser lms1xx, lms2xx, Hokuyo, Kinect-v2, Velodyne.., để biết thêm chi tiết, các bạn có thể xem hình dưới đây.

17

Hiểu cơ bản về cách hoạt động của ROS:

Về cơ bản ROS files được bố trí và hoạt động như sau, từ trên xuống theo thứ tự như sau, metapackages, packages, packages manifest, Misc, messages, Services, codes:

18Trong đó gói tổng(Metapackages) là một nhóm các gói(packages) có liên quan tới nhau. Lấy ví dụ như, trong ROS có một gói tổng tên là Navigation, gói này có chứa tất cả các gói liên quan tới việc di chuyển của robot, bao gồm di chuyển thân, bánh, các thuật toán liên quan như Kalman, Particle filter… Khi chúng ta cài đặt gói tổng, nghĩa là tất cả các gói con trong nó cũng được cài đặt.

Gói(Packages), ở đây là mình dịch là gói cho dễ hiểu, khái niệm gói rất quan trọng, chúng ta có thể nói rằng cái gói chính là các nguyên tử cơ bản nhất tạo nên ROS. Trong một gói gồm có, ROSnode, datasets, configuration files, source files,  tất cả được gói lại trong một “gói”. Tuy nhiên, mặc dù có nhiều thứ  trong một, gói, nhưng để làm việc, chúng ta chỉ cần quan tâm 2 thứ trong 1 gói, đó chính là src folder, chứa source code của chúng ta, và file Cmake.txt, đây là nơi ta khai báo những thư viện cần thiết để thực thi(compile) code.

Sự Tương tác giữa các node trong ROS

ROS computation graph là bức tranh toàn cảnh về sự tương tác của các nodes, topics với nhau.

19

Ở hình trên ta có thể thấy Master chính là nodes kết nối tất cả các node còn lại, các nodes còn lại muốn giao tiếp với nhau phải thông qua node Master.

Nodes: ROS nodes chỉ đơn giản là quá trình sử dụng ROS API để giao tiếp với nhau. Một robot có thể có rất nhiều nodes để thực hiện quá trình giao tiếp của nó. Ví dụ như, một con robot tự lái sẽ có những node sau, node đọc dữ liệu từ Laser scanner, Kinect camera, localization and mapping, node gửi lệnh vận tốc cho hệ thống bánh lái.

Master: ROS master đóng vai trò như một node trung gian kết nối giữa các node khác nhau. Master bao quát thông tin về tất cả các nút chạy trong môi trường ROS. Nó sẽ trao đổi chi tiết của một nút với khác để thiết lập kết nối giữa chúng. Sau khi trao đổi thông tin, giao tiếp sẽ bắt đầu giữa hai nút ROS. Khi bạn chạy một chương trình ROS, lúc nào ros_master cũng phải chạy trước. Bạn có thể chạy ros master bằng cách ->terminal->roscore.

Message: Các nút ROS có thể giao tiếp với nhau bằng cách gửi và nhận dữ liệu dưới dạng ROS mesage. ROS message là một cấu trúc dữ liệu được sử dụng bởi các nút ROS để trao đổi dữ liệu. Nó giống như là một protocol, định dạng thông tin gửi đi nữa các node, ví dụ như string, float, int…

Topic: Một trong những phương pháp để giao tiếp và trao đổi tin nhắn giữa hai node được gọi là ROS Topic. ROS Topic giống như một kênh tin nhắn, trong kênh đó dữ liệu được trao đổi bằng ROS message. Mỗi chủ đề sẽ có một tên khác nhau tùy thuộc vào những thông tin mà nó sẽ phụ trách cung cấp. Một Node sẽ đăng bài(publish) thông tin cho một Topic và một nút khác có thể đọc từ Topic bằng cách đăng ký(subcrible) với nó. Cũng giống như bạn muốn xem video của mình thì phải subcrible channel của mình vây. Nếu bạn muốn xem thử chương trình mình đang chạy có những topic nào, thì câu lệnh là rostopic list, nếu muốn xem một topic nào đó xem thử có những node nào đang publish hoặc subcrible vào nó. Thì câu lệnh là rostopic info /têntopic. Nếu muốn xem trong topic đó có gì thì type rostopic echo /têntopic.

Service: Service là một loại phương pháp giao tiếp khác với Topic. Topic
sử dụng tương tác publish hoặc subcrible nhưng trong dịch vụ, nó tương tác theo kiểu request – response. Cái này y chang như bên network. Một nút sẽ hoạt động như một server, có một server thường xuyên
chạy và khi Node client gửi yêu cầu dịch vụ cho server. Máy chủ sẽ thực hiện dịch vụ và gửi kết quả cho máy khách. Client node phải đợi cho đến khi máy chủ phản hồi với kết quả. Server đặc biệt hữu dụng khi chúng ta cần thực hiện một lệnh gì đó mà cần thời gian lâu để xử lý, vậy thì chúng ta để nó ở server, khi cần thì ta gọi.

 

Mùa đông cổ tích của vùng Alsace

Xin chào các bạn, à mà không, xin chào ”các bạn đọc tương lai”  tại vì hiện tại thì mình thấy chưa ai ghé xem cái trang này cả, mà cứ mở miệng ra chào các bạn như đúng rồi thì… hơi kì kì 😀

Đôi dòng giới thiệu (hãy đọc dù nó rất.. không liên quan!) : Giới thiệu luôn nhé, là chuyên mục này không phải do tên chủ nhân của blog này viết. Nhưng do chủ nhân của blog là anh Nguyễn Trương Thành đẹp zai (luôn tự nhận) dụ dỗ mấy lần để mình viết mấy bài về chuyến du lịch của hai đứa, vừa lưu giữ kỉ niệm, vừa màu mè thêm cho cái blog để… hút view ké :))) Chả biết có hút view không nữa…  nhưng vượt qua cái sự lười của bản thân, thì oke, thay vì mình ăn thêm 1 thanh socola, quất thêm một li kem, thì năm 2018 này, mình sẽ dành thời gian để làm 1 chuyện có lợi cho cái… bao tử của mình hơn, đó là quay trở lại việc viết lách, kể từ sau khi cái blog 360 của mình bị khai tử hồi đó (giờ nhớ lại vẫn tiếc, dành cả thanh xuân để viết blog đấy, nên nó hủy là đâm ra lười luôn). Mà tại mình cũng không muốn tự tạo áp lực cho bản thân, nên xài chung một cái mái hiên với anh zai này, thì cũng… được. Mai mốt có bực bội với nhau, người ta đòi quà, mình sẽ… đòi blog và lệ phí viết blog :)))

Ok, xong phần chào hỏi. Thông thường người ta hay có bài mở đầu. Nhưng mình thiết nghĩ, không muốn tốn thời gian của các bạn cho một bài giới thiệu nhàm chán, nên mình lấy chuyến du lịch vui nhất của bọn mình tính đến thời điểm hiện tại làm cảm hứng viết bài đầu tiên: Các ngôi làng Go-thic cổ xưa của miền nam nước Pháp ở vùng Alsace.

 

 

 

Hướng dẫn sử dụng phần mềm DOORS

Xin chào các bạn, trong block này mình sẽ hướng dẫn các bạn cách sử dụng phần mềm DOORS của IBM.

IBM Rational Doors: Getting Started

Đầu tiên phải đăng nhập vào chương trình

1

Ở trang làm việc, những thứ cần chú ý  gồm có hình trụ ở góc trái của màn hình làm việc(work space), ở đó là Database Root, tiếp đến là Folder, và rồi bên trong folder là Project, thanh bar phía trên hiển thị location of current selection. Hình phía dưới hiển thị Default Workbench của DOORS.

 

2

Click chuột phải vào icon project để tạo ra một formal module mới, bạn cũng có thể chọn template ở đây bằng cách click chuột trái vào browse icon.

3

Sau khi các bạn tạo ra formal module cho riêng mình, chuột phải vào module đó để tạo ra một object mới. Các bạn cũng có thể dùng phím tắt để làm điều tương tự.

4

Hình phía dưới giải thích những vị trí của objects, gồm có level1 object, level2 objects là con của level1 object. Ở bên trái là ID của objects.

5

Click chuột phải vào level2 object sau đó click vào properties để thêm text vào object.

6

Đây là access của một object, bạn có thể chọn bằng cách bấm qua chọn access bên cạnh general.

7

Bạn cũng có thể thêm table từ table menu dưới mỗi object, khi add table bạn có thể set hàng và cột. Sau khi add table xong thì sẽ như hình sau.

9

Chúng ta có thể thêm filter bằng cách click chuột vào biểu tượng filter properties.

10.PNG

Thêm một object mới bằng cách click chuột phải vào một object chọn Link, start Link. Sau đó click một cái object Link mới, chọn link from start để hoàn thành quá trình link.

Để tạo ra một document, chọn File -> Export -> Document Generation như hình bên dưới.

11

 

Occupancy-Grid Maps

Occupancy-grid maps (H.P. Moravec, 1988; H.P. Moravec et al, 1989; A. Elfes, 1987, A. Elfes, 1989; S. Thrun et al, 2005) :

Occupanny-grid map (bản đồ lưới) thể hiện môi trường được chia nhỏ thành các mắt lưới, các ô này có thể tự do( free) hoặc bị chiếm giữ( occupied), mỗi ô đại diện cho một diện tích thực tế trong môi trường thực và mỗi ô sẽ có một giá trị biểu diễn xác xuất nó có đang bị chiếm giữ hoặc tự do (chiếm giữ ở đây nghĩa là ở đó có vật cản, hoặc tường .., tự do(free) nghĩa là tại vị trí đó không có gì cả, và chúng ta có thể đi qua khu vực đó.

Giá trị occupancy của ô thứ nhất trong occupancy grid-map tại thời điểm t được biểu diễn bởi xác xuất p, .. P tại thời điểm t phải nằm trong khoảng từ 0 tới 1. Ta có thể hiểu rằng P= 1 nghĩa là ô đó bị chiếm giữ(occupied), P=0 nghĩa là ô đó trống(free), P=0.5 nghĩa là không biết(unknown) hoặc khu vực chưa khám phá (unexplored area).

Các bạn có đồng ý rằng, Robot không có bất kì nhận định nào về thế giới mà lần đầu nó bị đặt vào trong đó. Cũng như bạn bị bắt cóc đến một nơi xa lạ vậy, bạn hoàn toàn mất phương hướng. Do đó P sẽ có giá trị P=0.5 co tất cả i tại thời điểm t=0. Map sẽ được cập nhật thông qua log odds của occupancy. Sự vượt trội của log odd là nó có thể tránh được sự nhập nhằng giữa 0 và 1, vì đôi khi giá trị của nó sẽ là 0,3 hoặc 0,7. Do đó, ta có cách tính tình trạng bị chiếm giữ của ô thứ n trong grid-map theo công thức sau:

 { l }_{ t,f\quad }=\quad { l }_{ t-1,f }\quad +\quad { l }_{ sensor }

với lt-1 là log odds được tính từ giá trị occupancy của ô tại thời điểm t-1. Hình 1(a) miêu tả quá trình cập nhật của map. Ô màu đen thể hiện tia laser gặp phải vật cản ở đó ngược lại  các ô màu trắng thể hiện là những vị trí có tia laser đi qua nhưng không bị cản trở, ô màu xám là nơi tia laser không đi qua. Hình 1(b) thể hiện trường hợp tia laser không gặp vật cản nào nhưng đạt mức maximum của nó.

12

Hình ảnh dưới đây là Occupancy Grid map trong thực tế được tạo bởi một máy quét laser, khu vực rìa màu đen thể hiện vật cản, khu vực trắng là trống và khu vực màu xám là tia laser chưa đi qua.

13

Topological  Maps,

Không giống như occupancy grid map, topological maps (D. Kortenkamp et al, 1994; H. Choset, 1996; H. Choset et al, 1996) không thể hiện môi trường xung quanh một cách trực quan bằng cách chia nhỏ bản đồ ra như trên. Thay vào đó, topological map thể hiện môi trường quanh nó như một đồ thị (graph).

Giống như trong hình 3. Một danh sách những khu vực quan trọng như tường, góc, cửa hoặc hành lang, những khu vực này được thể hiện dưới dạng các điểm(node) m. Sự liên kết giữa các điểm m được thể hiện dưới các liên kết Uk. Trong rất nhiều topological map, khoảng cách giữa các khu vực cũng được thể hiện trong các sợi dây liên kết các nodes này. Sự ưu việt của topological map là nó thể hiện các khu vực trong map rất chi tiết, ta có thể zoom vào để xem đặc tính từng khu vực, điều này lý giải tại sao topological map được dùng để phát triển 3D-map.

14

Topological maps là sự lựa chọn tối ưu hơn nếu người dùng quan tâm dung lượng bộ nhớ. Trong trường hợp chúng ta sử dụng laptop hay raspberry pi có dung lượng bộ nhớ thấp. Đó là bởi vì ít memory cần để lưu giữ nodes so với một số lượng lớn các ô được sử dụng trong grid-map. Tuy nhiên điều này cũng đồng nghĩa với, graph-map sẽ ít chính xác hơn grid-map. Lý do là một số thông tin quan trọng ví dụ như vị trí của các ô màu xám mà tia laser không đến được sẽ không được hiển  thị trong bản đồ. Do đó khi robot sử dụng graph-map sẽ không thể di chuyển nhanh mà vẫn giữ an toàn như sử dụng grid-map, lời khuyên là khi sử dụng topological map thì nên cho robot di chuyển chậm thôi.