Anbindung des Robot Operating Systems an Speicherprogrammierbare Steuerungen

Transkript

1 Anbindung des Rbt Operating Systems an Speicherprgrammierbare Steuerungen Dipl.-Infrm. Felix Meßmer Fraunhfer-Institut für Prduktinstechnik und Autmatisierung, Stuttgart

2 Inhalt Einleitung und Mtivatin Einführung in das Rbt Operating System (ROS) Die Kmmunikatinskmpnente rsbridge Anwendungsbeispiel und Umsetzung Zusammenfassung und Ausblick

3 Einleitung und Mtivatin SPS im industriellen Umfeld weit verbreitet Einsatzbereiche: Ablaufsteuerung fertigungs- und verfahrenstechnischer Przesse Auswertung Sensrdaten Steuerung Fahrerlse Transprtsysteme und Industrierbter Neue Anwendungsgebiete + steigende Anfrderungen anspruchsvllere Aufgaben und kmplexere Herausfrderungen

4 Einleitung und Mtivatin Rbterfrschung insbesndere Servicerbtik Frtschrittliche Technlgien und zukunftsweisende Ansätze vrhanden und erprbt Beispiel: Care-O-bt 3 Navigatin (Laserbasiert, SLAM) Manipulatin (Bewegungs- und Greifplanung) Bildverarbeitung (Objekterkennung) Mensch-Rbter-Interaktin Kmplexe Szenarien

5 Einleitung und Mtivatin Prtierung, Integratin und Anwendung der (Service-) Rbtertechnlgien wird erschwert durch: Unterschiedliche Hardware Unterschiedliche Sftware Unterschiedliche Entwicklungsumgebungen Unterschiedliche Kmmunikatinsschnittstellen rsbridge als einfaches TCP-basiertes Kmmunikatinsprtkll Erschließung neuer Anwendungsgebiete Wettbewerbsvrteil

6 Inhalt Einleitung und Mtivatin Einführung in das Rbt Operating System (ROS) Die Kmmunikatinskmpnente rsbridge Anwendungsbeispiel und Umsetzung Zusammenfassung und Ausblick

7 Einführung in das Rbt Operating System ROS = Rbt Operating System ROS = Infrastruktur + Tls + Funktinalität + Cmmunity

8 Einführung in das Rbt Operating System Einheitliche Infrastruktur: Effizientes Package-Management Integriertes Build-System Einfache Kmmunikatinsschicht Hardware- und prgrammiersprachenunabhängig nutzbar Unterstützt autmatische Dkumentatin Erleichtert das Prgrammieren kmplexer Rbterprgramme Ermöglicht und fördert Cde-Reuse und Technlgietransfer

9 Einführung in das Rbt Operating System Standard-Tls: Standard Linux Tls Cmpiler, Debugger, Lgger, Entwicklungsumgebungen Supprt verschiedener Prgrammiersprachen C/C++, Java, Pythn, Lisp Standard Libraries Bst, MySQL, XML, und viele mehr

10 Einführung in das Rbt Operating System

11 Einführung in das Rbt Operating System ROS-Tls: Analyse und Diagnse rxplt, rxgraph, rsbag Packaging und Build-System rscd, rsmake, rsinstall, rsdep, rspack, rsstack Debugging rstpic, rsservice, rsnde, rsparam Simulatin und Visualisierung gazeb, rviz,

12 Einführung in das Rbt Operating System Funktinalität: Hardware-Treiber Standardisierte Biblitheken (OpenCV, OMPL) Highlevel Funktinen Navigatin Perceptin Manipulatin

13 Einführung in das Rbt Operating System Cmmunity: Dkumentatin und Supprt Tutrials APIs und Cde-Dkumentatin Mailing-List FAQ-Frum

14 Einführung in das Rbt Operating System ROS-Runtime System: Ndes Einzelne Przesse Führen die eigentlichen Berechnungen durch Viele Knten zusammen ergeben das ROS-System Master Manager-Knten Krdiniert Przesse und Kmmunikatin Bietet dynamische Namensregistrierung und Lkup-Infrmatinen Client Nde a register Master rscre Nde a Nde b register Client Nde b

15 Einführung in das Rbt Operating System ROS-Runtime System:

16 Einführung in das Rbt Operating System ROS Kmmunikatin: Zwei Arten der Kmmunikatin: Asynchrnes Streaming vn Daten über sgenannte tpics Synchrne Kmmunikatin über sgenannte services (RPC) TCP/IP- and UDP-based message transprt supprted

17 Einführung in das Rbt Operating System ROS Kmmunikatin: In ROS werden Daten durch messages dargestellt Message-Definitin (Text-Datei) definiert Datenstruktur Primitive Standardtypen (integer, flat, bl, string, ) Arrays Beliebig zusammengesetzte Strukturen Pse2D.msg Flat64 x Flat64 y Flat64 theta TargetPses.msg Header header Std_msgs/String name Gemetry_msgs/Pse2D[] pses GetPse.srv std_msgs/string name -- Gemetry_msgs/Pse2D pse

18 Einführung in das Rbt Operating System ROS Kmmunikatin: Tpics (asynchrn, uni-direktinal) Knten können publishen und subscriben Mehrere Publisher/Subscriber für ein Tpic Entkpplung vn Sender und Empfänger Nde a Publisher Publish tpic Master rscre Tpic 1 Tpic 2 Subscribe tpic Message data flw Nde b Subscriber

19 Einführung in das Rbt Operating System ROS Kmmunikatin: Services (synchrn, bi-direktinal) Request-und-Reply Interaktin Fest zugerdnete Verbindung zwischen zwei Knten Master rscre respnse request Nde a Server Message data flw Nde b Client

20 Inhalt Einleitung und Mtivatin Einführung in das Rbt Operating System (ROS) Die Kmmunikatinskmpnente rsbridge Anwendungsbeispiel und Umsetzung Zusammenfassung und Ausblick

21 Die Kmmunikatinskmpnente rsbridge Middleware zu ROS für beliebige Nicht-ROS-Systeme, bspw.: Web-Interfaces (Brwser) Eingebettete Systeme SPS, CNC, Erlaubt Nicht-ROS-Systemen Zugriff auf das ROS-Runtime System Publishen und Subscriben vn Tpic-Nachrichten Aufrufen und Anbieten vn Services Vlle Funktinalität des ROS-Systems nutzbar

22 Die Kmmunikatinskmpnente rsbridge Nn-ROS Client subscribe publish ROS

23 Die Kmmunikatinskmpnente rsbridge rsbridge-spezifikatin: Scket Kmmunikatin TCP-Sckets (POSIX IP) Web-Sckets (HTML5) JSON-frmatierte Nachrichten {"receiver":"/tpic","msg":{},"type":"package/type"}

24 Inhalt Einleitung und Mtivatin Einführung in das Rbt Operating System (ROS) Die Kmmunikatinskmpnente rsbridge Anwendungsbeispiel und Umsetzung Zusammenfassung und Ausblick

25 Anwendungsbeispiel und Umsetzung FTS in der Intralgistik: Materialfluss und Teilenachschub Lkalisierung und Navigatin mithilfe künstlich angebrachter Hilfsmittel (Leitlinien, Induktinsdrähte, Reflektrmarken) Variantenreichere Prduktinsabläufe + kürzere Prduktlebenszyklus Schnelle, kstengünstige und flexible Umgestaltung der Prduktin entscheidend (insbesndere KMU) Anpassen der künstlichen Hilfsmittel erheblicher Mehraufwand Deshalb: Freie Navigatin = Odmetrie + Krrektur über natürliche Merkmale in den Sensrdaten (Laserscans) Damit: Navigieren in dynamischen, unstrukturierten der unbekannten Umgebungen möglich

26 Anwendungsbeispiel und Umsetzung Erweiterung der Steuerung (SPS) eines Fahrerlsen Transprtsystems um die Möglichkeit zur Freien Navigatin (laser-basiert) Bisher: Verfahren entlang durch Farbstreifen festgelegter Ruten, Abzweigungen durch RFID-Tags Prblematik: Bereiche mit Staplerverkehr Abnutzung der Farbstreifen Ansatz: Freie Navigatin löst Abhängigkeit vn den Leitlinien durch Emulieren des Steuersignals

27 Inhalt Einleitung und Mtivatin Einführung in das Rbt Operating System (ROS) Die Kmmunikatinskmpnente rsbridge Anwendungsbeispiel und Umsetzung Zusammenfassung und Ausblick

28 Zusammenfassung und Ausblick Ptenzial der Integratin vn Technlgien aus der Servicerbtik in die Autmatisierungstechnik Einführung in das Rbt Operating System rsbridge als einfache Schnittstelle TCP-basiert Definierte Zeichenketten als Nachricht Austausch vn Daten zwischen ROS- und Nn-ROS-Systemen Vller Funktinsumfang vn ROS nutzbar

29 Zusammenfassung und Ausblick rsbridge v2.0 Weitere Vereinfachung der Syntax Erweiterte Funktinalität Anbindung weiterer Spezifikatinen: LabVIEW PrfiNET OPC Unified Architecture ROS Industrial

30 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Cntact: Dipl. Infrm. Felix Meßmer Phne:

31 Anhang

32 Die Kmmunikatinskmpnente rsbridge Opening Handshake Client initiiert den Verbindungsaufbau 1. Öffnen einer Scket-Verbindung zum rsbridge-server 2. Senden der Handshake-Zeichenkette Beispiel (Pythn): s = scket() s.cnnect(" ", "9090") s.send('raw\r\n\r\n')

33 Die Kmmunikatinskmpnente rsbridge Senden einer ROS message (Publish) Schreiben einer Nachricht auf den Scket receiver Name des Tpics msg ROS-Message type ROS-Message-Typ Beispiel (Pythn): message = "{ "receiver":"/dmetry", "msg":{"x": -1.0, "y": 2.0, "theta": }, "type":"gemetry_msgs/pse2d" } " s.send('\x00'+message+'\xff') Pse2D.msg Flat64 x Flat64 y Flat64 theta

34 Die Kmmunikatinskmpnente rsbridge Aufruf eines Services Schreiben der Request-Message auf den Scket receiver Name des Service msg Request-Message type nicht gesetzt Beispiel (Pythn): request= "{ "receiver":"/rsbridge/subscribe", "msg":["/hell", -1, "std_msgs/string"] } s.send('\x00'+request+'\xff')

35 Die Kmmunikatinskmpnente rsbridge Empfangen einer ROS message (Subscribe) Lesen einer Nachricht vn dem Scket Nachrichten werden unverändert empfangen type Feld ist nicht gesetzt Beispiel (Pythn): incmig = s.recv(1024) print incming "\x00{ "receiver":"/hell", "msg":{"data":"hell, wrld! } }\xff"