智能终端应用开发基础 课件 第14章 多机器人系统综合应用

第14章

多机器人系统综合应用Contents01.引言02.网络配置04.多机器人通信示例03.软件包部署与应用05.06.多机器人独立控制或同时控制多机器人导航框架总结与展望07.01引言多机器人系统挑战多机器人系统面临复杂环境适应、高效协作与精确控制等挑战。学习基础将奠定理解、设计、优化及运用多机器人系统的基石。ROS网络配置指南ROS网络配置是部署多机器人系统的关键。通过配置，机器人可相互通信、协作，实现复杂任务。指南将详细介绍配置流程与要点。多机器人通信框架通信框架是多机器人系统的血脉，促进数据交换与协同作业。章节将深入探讨通信机制、关键技术及实现方法，助力高效协作。多机器人学习基础虚拟机网络配置设置ROS_MASTER_URI环境变量，指向虚拟机或PC的IP地址，确保ROS网络中的Master节点运行于虚拟机端，便于多机器人管理。多机器人配置配置多台机器人时，每台机器人的~/.bashrc文件均需独立修改，确保各机器人端的环境变量正确指向虚拟机端的ROS_MASTER_URI。验证网络配置完成配置后，通过运行source~/.bashrc命令使配置生效，并在虚拟机端启动roscore以确保Master节点运行，随后在机器人端运行任意ROS功能。机器人网络配置修改机器人端的~/.bashrc文件，加入环境变量以指向虚拟机端的ROS_MASTER_URI，确保机器人能够与虚拟机端的Master节点通信。ROS网络配置指南一主多从通信01多机器人系统采用一主机多从机通信模式，主机为PC或虚拟机，从机为各机器人。此模式确保系统高效、有序地运行，实现复杂的任务分配与管理。ROS通信机制02基于ROS（RobotOperatingSystem）的通信框架，多机器人系统实现高效的数据交换与协同作业。ROS提供了多种通信方式，包括TCP/IP、UDP等。话题与消息传递03多机器人系统中，话题（Topic）作为消息传递的桥梁，连接各个机器人与主机。通过发布/订阅机制，信息在系统中自由流通，支持复杂的数据交换模式。多机器人通信框架02网络配置Sourcebashrcfile：修改完~/.bashrc文件后，需要运行source~/.bashrc命令使配置生效。这步确保虚拟机的环境变量设置正确。设置ros_master_uri：在虚拟机的~/.bashrc文件中，将ROS_MASTER_URI环境变量设置为uri://localhost:11311，确保虚拟机作为ROS主机运行。虚拟机网络配置机器人网络配置Restartrobot：在配置完成后，需要重新启动机器人，使新的环境变量设置生效。这步确保机器人能够正确连接到虚拟机端的ROS网络。Connecttorobot：使用终端连接到机器人，并修改机器人端的~/.bashrc文件，添加或修改ROS_MASTER_URI环境变量，确保与虚拟机端的设置一致。多机器人通信网络拓扑简图Networktopologydiag：网络拓扑简图展示了多机器人系统的基本架构，主机位于中心，从机围绕，清晰呈现主从关系。H-masters-slaves：在通信框架中，一主机多从机，PC主机或虚拟机为ROS主机，多机器人为从机，挂载到ROS网络。03软件包部署与应用机器人端软件包部署生效软件包：拷贝完成后，运行rospackprofile命令即可生效软件包。机器人端的软件包主要运行了软件包中的算法及驱动部分，导航算法以及机器人驱动算法。机器人端部署：将xtark_multirobot扩展包解压后，选择对应机器人型号的多机器人文件夹，将文件夹拷贝到每台机器人的~/ros_ws/src/文件夹下。xtark_multirobot软件包功能协同工作：在完成多机器人网络配置后，通过利用xtark_multirobot软件包的四大核心功能，用户可以轻松地实现多机器人的协同工作，以提高工作效率和增强任务执行能力。多机器人通信：xtark_multirobot软件包提供了多机器人通信的四大核心功能，包括多机器人通信示例、多机器人独立/同时控制、多机器人导航框架以及多机器人协同工作。VS多机器人驱动：xtark_driver_multirobot软件包实现了多机器人驱动在同一ROS网络中运行，各传感器及控制话题互不影响，并且可互相通信，为多机器人控制奠定了基础。机器人话题说明：机器人启动成功后，其发布以及接收的话题，均以设置的命名空间为前缀。里程计及IMU传感器的坐标系名称也均带有所设置的机器人命名。多机器人驱动支持04多机器人通信示例节点管理：roscore作为ROS网络中的主机节点，负责注册、管理和通信等核心功能。确保多机器人系统高效运行，实现各机器人节点间的无缝协同与交互。主机启动：在虚拟机/PC端，执行roscore命令，启动ROS核心服务。此步骤是设置ROS网络环境的基石，确保多机器人系统通信顺畅，实现分布式节点管理。启动roscore启动多机器人启动文件命名区分：每个机器人都应设置不同的命名空间，如robot0、robot1等，以确保多机器人系统中各机器人之间的通信和操作互不干扰，实现独立控制与协同作业。多机启动：在机器人端，使用roslaunch命令启动多机器人驱动启动文件，如xtark_bringup_multirobot.launch，并指定唯一的命名空间以区分不同机器人。机器人话题说明坐标标识：机器人发布的里程计和IMU传感器数据也包含其命名空间前缀，用于标识不同机器人的数据，便于在多机器人系统中进行精确的数据处理和坐标变换。话题命名：机器人发布和接收的话题均以其命名空间为前缀。例如，robot0发布的话题为/robot0/chatter，robot1则为/robot1/chatter，实现话题隔离与区分。启动talk节点消息发布：talk节点是多机器人通信的发布者Demo，用于测试多机器人网络配置及通信是否正常。通过发布“helloworld”消息，确保各机器人间通信顺畅。发布者：在任一机器人端，启动talk节点。该节点将开始在/chatter话题上发布带有时间戳的“helloworld”消息，频率为1Hz，持续进行。启动listener节点消息接收：listener节点是多机器人通信的订阅者Demo，用于验证多机器人网络配置及通信状态。通过接收并显示“helloworld”消息，确保各机器人间通信正常。订阅者：在任一机器人端，启动listener节点。该节点将实时监听/chatter话题，接收并显示来自其他机器人的“helloworld”消息，实现多机器人间的通信监听。05多机器人独立控制或同时控制机器人控制基础01单独控制机器人是多机器人系统控制的基础，通过确保每个机器人基本操作和功能得到实现，为开发多机器人控制算法提供前提。协同工作实现02单独控制每个机器人的能力，包括对其运动、感知、决策等方面的精确控制，是构建多机器人系统的基础，为实现多机器人协同工作提供可能。任务分配与协同03通过编程和算法设计，实现多个机器人之间的协同工作，可以更有效地完成复杂任务。例如，在救援行动中，多个机器人可以协同工作，提高救援效率。单独控制键盘遥控实现：利用键盘遥控节点，用户可以通过键盘输入控制多台机器人的运动。该技术基于ROS（RobotOperatingSystem）框架，实现多机器人的同步控制。同步控制应用：同时控制多台机器人进行同步运动，提高多机器人系统的整体效能。例如，在智能仓储中，多台机器人可协同工作，提高物资搬运效率。同时控制06多机器人导航框架根据SLAM章节使用机器人完成地图构建，将地图放在虚拟机端指定路径下。并修改xtark_map_server.launch文件中的map_file参数，指向用户所需的地图文件。地图构建与配置确保地图服务正在运行，以便为机器人提供导航所需的地图信息。可以通过在虚拟机端启动xtark_map_server.launch文件来启动地图服务，为机器人导航提供地图支持。导航框架准备修改launch文件启动地图服务为了启动地图服务，用户需要在终端中运行roslaunch命令，并指定xtark_nav_multirobot/xtark_map_server.launch作为要启动的launch文件。等待地图加载在启动地图服务后，系统将会等待地图文件的加载。一旦地图文件加载完成，机器人将能够使用该地图信息进行导航。用户可以通过观察终端输出或相关日志来确认地图是否加载成功。启动地图服务确保不重复：在启动导航框架时，务必确保命名空间参数不重复，以避免出现名称冲突或混淆。这可以通过仔细检查每个机器人的命名空间设置来确保。启动导航框架：分别启动多机器人端的导航框架，确保每个机器人都有一个唯一的命名空间参数。例如，robot0和robot1可以使用不同的命名空间来区分彼此。启动导航框架打开RViz配置文件配置RViz：为了在RViz中显示多机器人的导航数据，用户需要打开多机器人导航的RViz配置文件。这个文件通常包含了一组特定的配置和设置，用于将多机器人的导航数据整合到RViz界面中。打开RViz：在虚拟机端，用户可以输入rviz命令来启动RViz界面，这是用于可视化机器人导航数据的常用工具。通过RViz界面，用户可以直观地查看机器人的当前位置、周围环境等信息。07总结与展望多机器人系统基础技术突破进展：通信技术实现多机实时互联，协同算法提升整体效能，多机器人系统展现出了强大的问题求解能力。系统基础奠定：多机器人系统基础框架已稳固搭建，通信配置与协同策略初见成效，为复杂任务解决奠定坚实基础。协同工作挑战与机遇机遇探索：协同工作机遇巨大，如智能制造、灾难救援等，