UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC MESTRADO EM CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO Evolução da infraestrutura embarcada do projeto VERO considerando integração e migração de arcabouços de software e restrições de Tempo Real Aluno: Anderson Betoni Orientador: Prof. Luiz Gustavo Bizarro Mirisola

Tema Arcabouços de software para o desenvolvimento de sistemas robóticos. Veículo autônomo terrestre

Lacunas ORCA - Soluções de comunicação distribuída. – Problema 1: descontinuado – Problema 2: sem suporte a tempo real OROCOS – Características de software de tempo real – Possibilidade de integração/comunicação

Justificativa Projeto Vero – Complementariedade de ferramentas – Necessidade de tempo real – Necessidade de evolução do projeto ICE – API Simplificada – Evitar introduzir novo middleware no ORCA – Possibilidade de integrar sistemas baseados neste middleware com OROCOS

Objetivo & Hipótese Integração entre OROCOS e ORCA – Integração direta via chamada de metodos remotos – Integração indireta via serviço de eventos (IceStorm) Implementação em tempo real no VERO – Testes de desempenho de algoritmos: garantir periodo constante. características e ferramentas complementares entre arcabouços Geração de templates e documentação p/ outros desenvolvedores – Migração gradual ORCA OROCOS – Posterior evolução do sistema

Método de pesquisa Estudo dos arcabouços: artigos, fóruns, documentação Identificação e documentação das melhores práticas de programação destes arcabouços Estudo do middleware ICE (implementações utilizando IceStorm e IceGrid) Estudo das soluções de integração existentes OROCOS-ROS. Desenvolvimento de componentes stand-alone e em rede (OROCOS,ROS e ORCA) Estudo de Linux para Tempo Real (RTAI) Testes práticos em veículo autônomo terrestre

Projeto VERO Veiculo Robótico para ambientes terrestres externos. POR só FIGURAS Infraestrutura composta por: – 2 computadores mini-ITX – 5 encoders Horner – 1 unidade inercial CrossBow – 1 câmera Sony – 1 laser Sic e 2 Hokuyo – 1 bussola TCM2 – 1 Sistema de navegação terrestre de precisão POS-LV

Projeto VERO

Ferramentas utilizadas Linux para Tempo Real (RTAI) sob o OROCOS Middlewares – CORBA – ICE IceGrid – Serviço de Nomes IceStorm – Serviço de Eventos

Ferramentas utilizadas Arcabouços de software – OROCOS Desenvolvido desde 2001 Funcionamento dos componentes baseado em máquinas de estado Voltado para tempo real Baseado em C++ POR FIGURA. POR EXEMPLO, DA MAQ DE ESTADO

Ferramentas utilizadas Arcabouços de software – ROS Organizado em packages Grande variedade de packages de terceiros disponíveis, mas, com qualidade muito variável (Bazar) Troca de mensagens utilizando middleware próprio Utilização crescente nos últimos anos Ferramentas auxiliares relativamente maduras – (e.g.logging, graficos, configuração) Suporte a diversas linguagens de programação (C++, Python, LISP e Octave

Ferramentas utilizadas Arcabouços de software – ORCA Camadas finas Utiliza middleware baseado em objetos distribuídos Tolerância a falhas Subprojeto Gearbox: alguns device drivers com processo de revisão por pares (catedral) FIGURA ORCA-HTDRO_GEARBOX

Integração OROCOS/ROS Mensagens Serviços rtt_toolkit Conexão das portas é feita através de script ou XML como é feito entre componentes OROCOS

Integração OROCOS/CORBA Instalação do CORBA é feita juntamente com o OROCOS Conexão das portas é feita através de script ou XML com comandos específicos para CORBA Disponibilização do nameservices do CORBA Componentes são desenvolvidos de forma transparente, somente no momento da implementação a configuração via CORBA é realizada. Explicitar: classe carrega o seu componente e fornece comunicacao via CORBA

Integração OROCOS/ORCA Para transmissão de dados ORCA->OROCOS basta implementar um componente OROCOS como subscriber de um tópico do IceStorm. Para integrações OROCOS->ORCA além o componente OROCOS, alem de implementar um publisher, tambem deve implementar uma interface (servant) que possibilite receber requisições do componente cliente. Para ambos os casos foram feitas classes com para serem reconfiguráveis de acordo com a interface especifica, de forma a facilitar o desenvolvimento. Além disso, como a compilação do ORCA está difícil em versões de Linux mais novas, deve-se evitar usar as libs do ORCA diretamente.

Integração OROCOS/ORCA Componente ORCA valida as interfaces dos componentes e aproveita para buscar configurações que não precisam ser repetidas sempre, antes de receber dados de outros componentes – tem que vir antes. É necessário que o IceGrid e o IceStorm estejam disponíveis (em execução)

Trabalhos relacionados L. Chaimowicz and A. Cowley and V. Sabella and C.J. Taylor, "ROCI: A distributed framework for multi-robot perception and control", in Intelligent Robots and Systems, 2003.(IROS 2003). Proceedings IEEE/RSJ International Conference on vol. 1, (, 2003), pp R. Bischoff and T. Guhl and E. Prassler and W. Nowak and G. Kraetzschmar and H. Bruyninckx and P. Soetens and M. Haegele and A. Pott and P. Breedveld and others, "BRICS-Best practice in robotics", in Robotics (ISR), st International Symposium on and th German Conference on Robotics (ROBOTIK) (, 2010), pp. 18. Piotr Trojanek and Cezary Zieliński, "A method of integrating robot programming frameworks", 17th CISM-IFToMM Symposium on Robot Design, Dynamics, and Control (RoManSy'08) (2008). K. Buys and S. Bellens and N. Vanthienen and W. Decre and M. Klotzbücher and T. De Laet and R. Smits and H. Bruyninckx and J. De Schutter, "Haptic coupling with the PR2 as a demo of the OROCOS-ROS-Blender integration", status: accepted (2011). Service Component Architectures in Robotics: the SCA-Orocos integration - D. Brugali, L. Gherardi, M. Klotzb ̈cher, H. Bruyninckx – ISOLA 2011 Spirit of berlin: An autonomous car for the darpa urban challenge - hardware and software architecture. Rojo, J., Rojas, R., Gunnarsson, K., Simon, M., Wiesel, F., Ruff, F., Wolter, L., Zilly, F., Santrac, N., Ganjineh, T., Sarkohi, A., Ulbrich, F., Latotzky, D., Jankovic, B., and Hohl, G. (2007)

Trabalhos relacionados Artigo: Piotr Trojanek and Cezary Zieliński, "A method of integrating robot programming frameworks", 17th CISM-IFToMM Symposium on Robot Design, Dynamics, and Control (RoManSy'08) (2008). Arcabouços envolvidos: MRROC++ e Player Metodologia: Thread de comunicação dentro de uma classe transmissora Player. Cenario: Joystick (Player) controlava um manipulador MRROC++

Classes implementadas Em elaboração (gerar figura a partir do doxgen) Composição Classes ICEClient e ICEServer – responsável por conectar e receber as requisições em uma thread dedicada. Também implementa métodos para configurar a conexão com parâmetros do IceGrid e IceStorm. Classes Consumer e Provider – responsável por implementar o recebimento/envio dados atraves do servico de eventos (IceStorm) Virar bolinhas?.

Possíveis contribuições teóricas e práticas Facilidade de migração de componentes de um arcabouço para o outro Geração de documentação para a continuação do projeto Funcionalidades de tempo real para o projeto VERO Evolução do projeto VERO Possibilidade de integração do OROCOS com sistemas baseados em infraestrutura ICE.

Possíveis limita ç ões do trabalho Sensores sem possibilidade de leitura em tempo real Integração com arcabouços diferentes dos listados no escopo deste projeto (ROS/ORCA/OROCOS) Transporte de dados em tempo real

Cronograma

Conclusões Familiarização com os arcabouços ORCA, ROS e OROCOS Integração entre os arcabouços Identificação de alguns conceitos utilizados no ORCA Familiarização com o middleware ICE Criação de typekits no OROCOS para viabilizar o transporte de objetos

Próximos passos até a defesa Estudo de variantes de linux para tempo real (RTAI) – Focado na utilização do OROCOS Testes práticos no VERO do código desenvolvido Análise e comparação dos resultados obtidos