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高度ポリテクセンター「RTミドルウェアによるロボットプログラミング技術」(2020年11月10日~11日)
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2.
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3.
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実機ロボットと接続してテスト ⽬標︓ 1.センサ⼊⼒を利⽤して動作を制御するRTCを開発する。 2.シミュレータ内ロボットRTCに接続して動作させる⽅法を学ぶ。 3.実機ロボットRTCに接続してシミュレータ同様に動作可能である ことを確認する。
4.
4 4 • シミュレータ上の⾞輪型移動ロボット(Raspberry Piマ ウス)の操作を⾏うコンポーネントの作成 –
GUIにより⽬標速度⼊⼒ – センサ値が⼀定以上の場合に停⽌ 実習内容(1)
5.
5 5 • 本⽇のコースのページから以下のページ に移動 – チュートリアル(RaspberryPiマウスシミュレータ) チュートリアル
6.
6 6 • RTC Builderによるソースコード等のひな型の 作成 •
ソースコードの編集、ビルド – ビルドに必要な各種ファイルを⽣成 • CMakeLists.txtの編集 • CMakeにより各種ファイル⽣成 – ソースコードの編集 • RobotController.h、 RobotController.cppの編集 – ビルド • Visual Studio、Code::Blocks • RTシステムエディタによるRTシステム作成、 動作確認 – RTシステム作成 • データポート接続、コンフィギュレーションパラメータ設定 全体の⼿順
7.
7 コンポーネント開発ツール RTC Builderについて (おさらい)
8.
8 8 • コンポーネントのプロファイル情報を⼊⼒し, ソースコード等のひな型を⽣成するツール – C++、Python、Javaのソースコードを出⼒ RTCBuilder
9.
9 9 RTC Builderの起動 • 起動する⼿順 –
Windows 10 • 左下検索窓に「OpenRTP」を⼊⼒ – Ubuntu • 以下のコマンドを⼊⼒ • $ ./openrtp
10.
10 10 • Windows 10 RTC
Builderの起動 左下の検索窓に”openrtp”と⼊⼒ すると”OpenRTP”が候補として 出てくる
11.
11 11 • いちいちアプリビューから起動するのは⾮常に⼿間が かかるため、以下の作業をしてスタートメニューの フォルダを開いておくことをお勧めします。 RTC Builderの起動 ここを右クリックして「ファイ ルの場所を開く」を選択
12.
12 12 RTC Builderの起動
13.
13 13 RTC Builderの起動
14.
14 14 プロジェクト作成 • RobotControllerコンポーネントのひな形コード を作成する。 – ⾞輪型移動ロボット操作コンポーネント •
GUIでロボットを操作 • センサ値が⼀定以上の場合に停⽌
15.
15 15 プロジェクト作成 • Eclipse起動時にワークスペースに指定したディレクトリに 「RobotController」というフォルダが作成される – この時点では「RTC.xml」と「.project」のみが⽣成されている •
以下の項⽬が設定する – 基本プロファイル – アクティビティ・プロファイル – データポート・プロファイル – サービスポート・プロファイル – コンフィギュレーション – ドキュメント – ⾔語環境 – RTC.xml
16.
16 16 基本プロファイルの⼊⼒ • RTコンポーネントのプロファイル情報など,コンポーネントの基本情報を設定. • コード⽣成,インポート/エクスポート,パッケージング処理を実⾏
17.
17 17 基本プロファイルの⼊⼒ • モジュール名 – RobotController •
モジュール概要 – 任意(Robot Controller Component) • バージョン – 任意(1.0.0) • ベンダ名 – 任意 • モジュールカテゴリ – 任意(Controller) • コンポーネント型 – STATIC • アクティビティ型 – PERIODIC • コンポーネントの種類 – DataFlow • 最⼤インスタンス数 – 1 • 実⾏型 – PeriodicExecutionContext • 実⾏周期 – 1000.0 • 概要 – 任意
18.
アクティビティの設定 • 指定アクティビティを有効にする⼿順 • 使⽤するアクティビティを設定する
19.
19 19 アクティビティの設定 コールバック関数 処理 onInitialize 初期化処理 onActivated
アクティブ化されるとき1度だけ呼ばれる onExecute アクティブ状態時に周期的に呼ばれる onDeactivated ⾮アクティブ化されるとき1度だけ呼ばれる onAborting ERROR状態に⼊る前に1度だけ呼ばれる onReset resetされる時に1度だけ呼ばれる onError ERROR状態のときに周期的に呼ばれる onFinalize 終了時に1度だけ呼ばれる onStateUpdate onExecuteの後毎回呼ばれる onRateChanged ExecutionContextのrateが変更されたとき1 度だけ呼ばれる onStartup ExecutionContextが実⾏を開始するとき1度 だけ呼ばれる onShutdown ExecutionContextが実⾏を停⽌するとき1度 だけ呼ばれる
20.
20 20 アクティビティの設定 • 以下のアクティビティを有効に する – onInitialize –
onActivated – onDeactivated – onExecute • Documentationは適当に書いて おいてください – 空⽩でも⼤丈夫です
21.
データポートの設定 • データポートを追加する⼿順 • InPort、OutPortの追加、設定を⾏う
22.
データポートの設定 • 以下のOutPortを設定する – out •
データ型︓ RTC::TimedVelocity2D • 他の項⽬は任意 • 以下のInPortを設定する – in • データ型︓ RTC::TimedShortSeq • 他の項⽬は任意
23.
データポートについて • 連続したデータを通信するためのポート • 以下の例はデータフロー型がpush、サブスクリプション型が flush、インターフェース型がcorba_cdrの場合
24.
RTC::TimedVelocity2D型について • ExtendedDataTypes.idlで定義されている移動ロボットの速度を表現す るためのデータ型 – vx:
X軸⽅向の速度 – vy: Y軸⽅向の速度(⾞輪が横滑りしないと仮定すると0) – va: Z軸周りの⾓速度 vxで直進速度、vaで回転速度を設定
25.
コンフィギュレーションの設定 • コンフィギュレーションパラメータを追加する⼿順 • コンフィギュレーションパラメータの追加、設定を⾏う
26.
コンフィギュレーションの設定 • 以下のコンフィギュレー ションパラメータを設定す る – speed_x •
データ型︓double • デフォルト値︓ 0.0 • 制約条件︓-1.5<x<1.5 • Widget︓slider • Step: 0.01 • 他の項⽬は任意 – speed_r • データ型︓double • デフォルト値︓ 0.0 • 制約条件︓-2.0<x<2.0 • Widget︓slider • Step: 0.01 • 他の項⽬は任意 GUI(スライダー)による移動ロボットの操作ができるようにする
27.
コンフィギュレーションパラメータ の制約、Widgetの設定 • 制約条件︓ 0<=x<=100 • Widget︓slider •
Step︓10 • 制約条件︓ 0<=x<=100 • Widget︓spin • Step︓10 • Widget︓text • RT System Editorでコンフィギュレーションパラメータ を編集する際にGUIを表⽰する
28.
コンフィギュレーションパラメータ の制約、Widgetの設定 • 制約条件︓(0,1,2,3) • Widget︓checkbox •
制約条件︓(0,1,2,3) • Widget︓ordered_list • 制約条件︓(0,1,2,3) • Widget︓radio
29.
コンフィギュレーションの設定 • 以下のコンフィギュレー ションパラメータを追加 – stop_d •
データ型︓int • デフォルト値︓ 30 • 他の項⽬は任意 センサ値がこの値以上の場合に停⽌
30.
Raspberry Piマウスの距離センサ • Raspberry
Piマウス実機には距離センサが搭載されている – 計測した値は物体までの距離が近いほど⼤きな値となる • シミュレータでもこのデータに近い値を計算して出⼒し ている
31.
ドキュメントの設定 • 各種ドキュメント情報を設定 • 今回は適当に設定しておいてくださ い。 –
空⽩でも⼤丈夫です
32.
⾔語の設定 • 実装する⾔語,動作環境に関する情報を設定
33.
ひな形コードの⽣成 • 基本タブからコード⽣成ボタ ンを押すことでひな形コード が⽣成される – Workspace¥RobotController以 下に⽣成 •
ソースコード – C++ソースファイル(.cpp) – ヘッダーファイル(.h) » このソースコードにロボットを操 作する処理を記述する • CMakeの設定ファイル – CMakeLists.txt • rtc.conf、RobotController.conf • 以下略 – ファイルが⽣成できているかを 確認してください
34.
34 ソースコードの編集、RTCのビルド
35.
35 35 • ビルドに必要な各種ファイルを⽣成 – CMakeLists.txtの編集 –
CMakeにより各種ファイル⽣成 • ソースコードの編集 – RobotController.hの編集 – RobotController.cppの編集 • ビルド –Windows︓ Visual Studio –Ubuntu︓ Code::Blocks ⼿順
36.
36 36 • ビルドに必要な各種ファイルを⽣成 – CMakeLists.txtに設定を記述 •
RTC Builderでスケルトンコードを作成した時にCMakeLists.txtも⽣成されている CMake
37.
37 37 • CMakeを使⽤する • Windows10 –
検索窓で cmakeと検索 – CMake (cmake-gui) をクリック – Ubuntu • コマンドで「cmake-gui」を⼊⼒ ビルドに必要なファイルの⽣成
38.
38 38 ビルドに必要なファイルの⽣成 • CMakeLists.txtをcmake-guiにドラックアンドドロップ – CMakeLists.txtはRTC
Builderで⽣成したプロジェクトのフォルダ (例︓ C:¥workspace¥RobotController) “Where is the source code” および “Where to build the binaries” の窓 に CMakeLists.txtのディレクトリパスがセットされる このへんにドロップ CMakeLists.txtファイルを ディレクトリがセットされる
39.
39 39 ビルドに必要なファイルの⽣成
40.
40 40 ビルドに必要なファイルの⽣成
41.
41 41 ビルドに必要なファイルの⽣成 使用するVisual Studioの バージョン(2019)を選択 使用するVisual Studioの アーキテクチャ(x64)を選 択
42.
42 42 ビルドに必要なファイルの⽣成
43.
43 43 ソースコードの編集 • Windows – buildフォルダの「RobotController.sln」をダブルクリックして開く •
Ubuntu – buildフォルダの「RobotController.cbp」をダブルクリックして開く
44.
44 44 ソースコードの編集 • Windows – Visual
Studioが起動 • Ubuntu – Code::Blocksが起動
45.
45 45 ソースコードの編集 • RobotController.hの編集 Visual Studio
Code::Blocks
46.
46 46 ソースコードの編集 • RobotController.hの編集
47.
47 47 ソースコードの編集 • RobotController.cppの編集 – 詳細はUSBメモリの資料を参考にしてください Visual
Studio Code::Blocks
48.
48 48 ソースコードの編集 • RobotController.cppの編集
49.
49 49 ソースコードの編集 • RobotController.cppの編集
50.
50 50 ソースコードの編集 • データを読み込む⼿順
51.
51 51 ソースコードの編集 • データを書き込む⼿順
52.
52 52 ソースコードのコンパイル Visual Studio Code::Blocks •
成功した場合、実⾏ファイルが⽣成される • Windows • build¥srcフォルダのRelease(もしくはDebug)フォルダ内に RobotControllerComp.exeが⽣成される • Ubuntu • build/srcフォルダにRobotControllerCompが⽣成される
53.
53 システム構築⽀援ツール RTSystemEditorについて
54.
54 54 • RTCをGUIで操作するためのツール – データポート、サービスポートの接続 –
アクティブ化、⾮アクティブ化、リセット、終了 – コンフィギュレーションパラメータの操作 – 実⾏コンテキストの操作 • 実⾏周期変更 • 実⾏コンテキストの関連付け – 複合化 – マネージャからRTCを起動 – 作成したRTシステムの保存、復元 RTSystemEditor
55.
55 55 RT System Editorの起動
56.
56 56 RT System Editorの画⾯構成
57.
57 57 RobotControllerコンポーネントの動作確認 • シミュレータコンポーネントと接続してシミュレータ上のロ ボットを操作するRTシステムを作成する – ネームサーバーを起動する –
RasPiMouseSimulatorコンポーネントを起動する • Windows – 配布USBメモリのEXEフォルダ内 「 RaspberryPiMouseSimulatorComp.exe 」をダブルクリック • Ubuntu – 配布USBメモリ内のスクリプトでインストール » $ sh install_raspimouse_simulator_offline.sh – RasPiMouseSimulatorRTCに移動して以下のコマンドを実⾏ » $ build/src/RaspberryPiMouseSimulatorComp – RobotControllerコンポーネント起動 – RasPiMouseSimulatorコンポーネントとRobotControllerコンポーネントを 接続して「All Activate」を⾏う
58.
58 58 • オブジェクトを名前で管理するサー ビス – RTCを⼀意の名前で登録する •
RTシステムエディタ等のツールはネームサー バーから名前でRTCの参照を取得する ネームサーバーの起動 • 起動⽅法 – RTSystemEditorのName Service Viewから起動 • 通常はこの⽅法 – コマンドを直接起動(スタートメニュー) • Windows: 「スタート」→あぷり⼀覧から「OpenRTM-aist 1.X.Y」→ 「Start Naming Service」を選択 • または︓「ここに⼊⼒して検索」からStart Naming程度まで⼊⼒する と「Start Naming Service」が表⽰される – Ubuntu • $ rtm-naming
59.
ネームサーバー起動・接続 このアイコン 「ネームサービスを起動」 をクリック 5秒ほど待って “localhost” が現れたら起動・接続成功
60.
60 60 • Windows 10 (参考)ネームサーバー起動・接続を個別に⾏う 左下の検索窓に”start”と⼊⼒す ると”Start
Naming Service”が 候補として出てくる このアイコン 「ネームサーバを追加」 をクリック 現れるダイアログに 「ホスト名︓ポート番号」 を⼊⼒ (ポート番号は省略可能)
61.
61 61 RobotControllerコンポーネントの動作確認 • シミュレータコンポーネントと接続してシミュレータ上のロボット を操作するRTシステムを作成する – ネームサーバーを起動する –
RasPiMouseSimulatorコンポーネントを起動する • Windows – 配布USBメモリのEXEフォルダ内 「 RaspberryPiMouseSimulatorComp.exe 」をダブルクリック • Ubuntu – 配布USBメモリ内のスクリプトでインストール » $sudo sh install_raspimouse_simulator.sh – RasPiMouseSimulatorRTCに移動して以下のコマンドを実⾏ » build/src/RaspberryPiMouseSimulatorComp – RobotControllerコンポーネント起動 • Windows – build¥srcフォルダのRelease(もしくはDebug)フォルダ内に RobotControllerComp.exeが⽣成されているためこれを起動する • Ubuntu – build/srcフォルダにRobotControllerCompが⽣成されているためこれ を起動する – RobotControllerコンポーネント、RasPiMouseSimulatorコンポーネントを接続 して「All Activate」を⾏う
62.
データポートの接続
63.
データポートの接続
64.
データポートの接続
65.
アクティブ化
66.
66 66 コンフィギュレーションパラメータの操作 • コンフィギュレーションパラメータをRTシステムエディタから操 作する • 以下の動作ができるか確認 –
シミュレータ上のロボットがスライダーで操作できるか︖ – ロボットが障害物に近づくと停⽌するか︖
67.
RTコンポーネントの状態遷移 • RTCには以下の状態が存在する – Created •
⽣成状態 • 実⾏コンテキストを⽣成し、start()が呼ば れて実⾏コンテキストのスレッドが実⾏中 (Runnning)状態になる • ⾃動的にInactive状態に遷移する – Inactive • ⾮活性状態 • activate_componentメソッドを呼び出す と活性状態に遷移する • RT System Editor上での表⽰は⻘ – Active • 活性状態 • onExecuteコールバックが実⾏コンテキス トにより実⾏される • リターンコードがRTC_OK以外の場合はエ ラー状態に遷移する • RT System Editor上での表⽰は緑 – Error • エラー状態 • onErrorコールバックが実⾏コンテキスト により実⾏される • reset_componentメソッドを呼び出すと ⾮活性状態に遷移する • RT System Editor上での表⽰は⾚ – 終了状態
68.
RTコンポーネントの状態遷移(⽣成直後)
69.
RTコンポーネントの状態遷移(アクティブ化)
70.
システムの保存
71.
システムの復元 • 以下の内容を復元 – ポート間の接続 –
コンフィギュレーション – 「Open and Create Restore」を選択した場合はマネージャからコンポーネント 起動
72.
⾮アクティブ化、終了 • ⾮アクティブ化 • 終了
73.
RTコンポーネントの状態遷移(⾮アクティブ化)
74.
74 74 • ⾞輪型移動ロボットを操作するRTシステムの 作成 – Raspberry
Pi Mouse を使⽤ • まずはジョイスティックコンポーネントで動作 確認を⾏う • 動作確認後、各⾃で作成したコンポーネントで ロボットの操作を⾏う 実習内容(2)
75.
75 RaspberryPi Mouse起動 前 後 RaspberryPi電源 モータ電源 RaspberryPiの電源を⼊れます RaspberryPi
Mouseには2つの電源スイッチがあり、内側が コンピュータ(RaspberryPi)のスイッチです。外側のモー タスイッチは、⾛らせるときのみONにします。
76.
実機とのWiFi接続 • 無線LANによりRaspberry Piと接続します –
Raspberry Piがアクセスポイントとして動作する – ノートPCからRasPiMouseのアクセスポイントを探し て、WiFi接続する • 以下のSSIDに接続 – SSID︓RPiMouse<番号> – PW︓openrtm-aist • 注意 – RasPi MouseのWifiに接続すると、インターネットに接続できな くなります。 – ネットワークを切り替えた際にはネームサーバー、起動中のRTC を再起動してください。 WiFiアクセスポイント
77.
77 RasPiMouse RTCの起動 ①ノートPCのブラウザで192.168.11.1にアクセス ② “Start
NameServer”をクリックしてネームサーバを起動 ① ② ③ “RaspberryPiMouseRTC”をクリックしてRTCを起動 ③
78.
ネームサーバへの接続 • ノートPC上でOpenRTPを起動、RTSystemEditorのパースペ クティブを開く • ネームサービスビューの接続ボタンを押し、RasPiMouseの ネームサーバへ接続 –
ダイアログには 192.168.11.1 を⼊⼒
79.
RTCの接続と動作確認 • ノートPC上でネームサーバを起動 • ノートPC上でRobotControllerを起動 •
RTCを配置 – RasPiMouse上のRaspberryPoMouseRTCをドラッグアンドドロップ – ノートPC上のRobotControllerをドラッグアンドドロップ • ポートを接続 – RobotController.out → RasPiMouseRTC.target_velocity_in – RasPiMouseRTC.ir_sensor_out → RobotController.in
80.
80 80 • おまけのチュートリアル – JoystickでRasPiMouseを操作してみる チュートリアル
81.
81 81 • ジョイスティックでも操作してみる ジョイスティックによる操作
82.
起動するRTC • ノートPC側 – TkJoystick •
OpenRTMのサンプルとして付属 • 検索窓で”TkJoystickComp”と⼊⼒・実⾏ – FloatSeqToVelocity • ジョイスティックの出⼒をTimedVelocity2Dに変 換するコンポーネント • 共有フォルダにて配布 • RasPi Mouse側 – RaspberryPiMouseRTC • 前の実習で使ったもの 82
83.
おわりに • 時間があまったら、⾃作したコンポーネ ントを改造してみましょう – RTCBuilderでポートを追加して、⾃律移動と Joystickのハイブリッド制御をしてみる –
センサ値を利⽤して、壁伝いに移動してみる – 迷路で壁にぶつからずに⾛⾏する – 等 83
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