ROS Integration in 3D Simulation

Bachelorarbeit/Masterarbeit: Weiterentwicklung der Integration des Robot Operating System (ROS) in ein 3D- Starrkörpersimulationssystems

Desaster-Szenarien wie Fukushima zeigen sehr deutlich die Notwendigkeit für einen schnellen und mobilen Einsatz von Robotern, um insbesondere Hilfskräfte zu unterstützen und ihre Gesundheit nicht zu gefährden. Um die Autonomie eines mobilen Roboters mit den Entscheidungsmöglichkeiten eines Menschen zu koppeln, soll eine Simulation zur Steuerung und Kontrolle genutzt werden. Ziel ist die Entwicklung eines sogenannten Virtuellen Testbeds mit ROS Integration, also einer 3D Simulationsumgebung sowohl zum Testen, Trainieren und Optimieren solcher Ernstfälle, als auch zur Nutzung der Simulation in der finalen Operation. Dort soll das Virtuelle Testbed eingesetzt werden, um das gesamte robotische System intuitiv verständlich und bedienbar zu gestalten und dem Nutzer alle wichtigen Informationen und internen Parameter des komplexen Gesamtsystems aufbereitet zur Verfügung zu stellen.

Damit die direkte Kontrolle realer Roboter durch die Simulation möglich ist, ist eine Schnittstelle zum Robot Operating System (ROS) [2] als zentrales Tool zur Roboterentwicklung und -steuerung sehr hilfreich. Mit so einer Schnittstelle wird die Möglichkeit geschaffen, die entwickelten ROS-basierten Regelungs- und Steuerungsalgorithmen in die Simulation zu integrieren. Im Virtuellen Testbed können, solange die finale Hardware nicht vorhanden ist, ROS-Knoten entwickelt und im virtuellen Anwendungsszenario getestet und optimiert werden. Außerdem kann die Simulation somit auch direkte Verwendung im finalen Einsatz finden und dem Operator als Schnittstelle zur Steuerung und Überwachung des realen Roboters dienen.

In dieser Arbeit soll, ausgehend von einer ausführlichen Recherche bzgl. ROS-Integrationsmöglichkeiten, die Nutzung weiterer ROS-Funktionalitäten im bestehenden Simulationssystem am MMI ermöglicht werden. Das bestehende prototypische Interface zur direkten Kommunikation zwischen dem Starrkörpersimulationssystem VEROSIM und ROS soll erweitert und optimiert werden. Zunächst soll der direkte und einfache Datenaustausch mit ROS- spezifischen Datentypen ermöglicht werden. Als Nächstes soll die Echtzeitfähigkeit von ROS im Zusammenspiel mit der Simulation untersucht werden. Außerdem sollen weitere, in  ROS schon vorhandene Funktionalitäten (wie z.B. Teile des ROS rqt Frameworks) in der Simulation zugänglich gemacht werden. Abschließend können vielfältige Trainings- und Testmissionen im Bereich Umwelt, Industrie oder Weltraum an realen Robotern am MMI um die direkte ROS-basierte Steuerung aus der Simulation heraus erweitert und somit das entwickelte Interface getestet und evaluiert werden.

[1] centauro-project.eu
[2] www.ros.org

Stichworte: Starrkörpersimulation, Robot Operating System (ROS), Linux, C++, Qt, Echtzeitfähigkeit

Betreuer: Cichon

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