Check with seller Hải Phòng => Cần giảng viên lập trình robot dạy về lập trình robot với ROS Path Planning

Tuyển dụng giáo viên ngành giáo dục Hải Phòng => Chào bạn, tôi rất sẵn lòng giúp bạn tạo một về lập trình robot với ROS Path Planning. một cấu trúc chi tiết, bao gồm các khái niệm cơ bản, ví dụ cụ thể và hướng dẫn từng bước để bạn có thể bắt đầu.

Hướng dẫn Chi Tiết Lập Trình Robot với ROS Path Planning

Mục tiêu:

Hiểu các khái niệm cơ bản về Path Planning trong ROS.
Nắm vững các package và công cụ cần thiết cho Path Planning.
Xây dựng và cấu hình một hệ thống Path Planning đơn giản.
Thực hiện mô phỏng và triển khai Path Planning trên robot thực tế (tùy chọn).

Đối tượng:

Người mới bắt đầu với ROS và lập trình robot.
Sinh viên, kỹ sư muốn tìm hiểu về Path Planning.
Người có kiến thức cơ bản về Linux, Python (hoặc C++).

Cấu trúc hướng dẫn:

Phần 1: Giới thiệu về ROS và Path Planning

1. ROS là gì?

Tổng quan về ROS (Robot Operating System).
Các khái niệm cốt lõi: Nodes, Topics, Services, Parameters.
Cấu trúc một ROS package.
Hướng dẫn cài đặt ROS (ví dụ: ROS Noetic trên Ubuntu 20.04).
Các lệnh ROS cơ bản: `roscore`, `rosrun`, `rostopic`, `rosservice`, `roslaunch`.

2. Path Planning là gì?

Định nghĩa và tầm quan trọng của Path Planning trong robot học.
Các loại Path Planning:
Global Path Planning (lập kế hoạch đường đi toàn cục).
Local Path Planning (lập kế hoạch đường đi cục bộ).
Các thuật toán Path Planning phổ biến:
Dijkstra.
A*.
RRT (Rapidly-exploring Random Tree).
Potential Fields.

3. Path Planning trong ROS

Các package chính liên quan đến Path Planning:
`move_base`: Package quan trọng nhất, cung cấp framework cho Path Planning và Navigation.
`navigation`: Chứa các thuật toán Path Planning, Local Planning và Global Planning.
`gmapping`, `slam_gmapping`: Tạo bản đồ từ dữ liệu cảm biến.
`amcl`: Định vị robot trên bản đồ đã có.
`robot_localization`: Ước tính vị trí robot từ nhiều nguồn cảm biến.

Phần 2: Xây dựng môi trường mô phỏng

1. Gazebo là gì?

Giới thiệu về Gazebo, một trình mô phỏng robot 3D mạnh mẽ.
Cài đặt Gazebo.
Tìm hiểu về các thành phần trong Gazebo: Worlds, Models, Sensors.

2. Tạo một robot đơn giản trong Gazebo

Sử dụng URDF (Unified Robot Description Format) để mô tả robot.
Ví dụ về một robot 2 bánh đơn giản.
Thêm các cảm biến (ví dụ: laser scanner) vào robot.
Khởi chạy robot trong Gazebo.

3. Tạo một môi trường (World) trong Gazebo

Sử dụng Gazebo Editor để tạo một môi trường đơn giản với tường, chướng ngại vật.
Lưu World và robot vào các package ROS.

Phần 3: Cấu hình Move Base cho Path Planning

1. Tổng quan về Move Base

Kiến trúc của Move Base: Global Planner, Local Planner, Recovery Behaviors.
Các tham số cấu hình chính.

2. Cấu hình Global Planner

Sử dụng các thuật toán như Ahoặc Dijkstra.
Cấu hình chi phí (costmap) cho các ô lưới.
Điều chỉnh các tham số để tối ưu hóa đường đi.

3. Cấu hình Local Planner

Sử dụng các thuật toán như DWA (Dynamic Window Approach) hoặc Trajectory Rollout.
Cấu hình các ràng buộc về vận tốc và gia tốc.
Điều chỉnh các tham số để tránh chướng ngại vật.

4. Cấu hình Costmaps

Global Costmap: Sử dụng cho Global Planning.
Local Costmap: Sử dụng cho Local Planning.
Cấu hình các layers: Static Layer, Obstacle Layer, Inflation Layer.

5. Tạo các launch file

Launch file để khởi chạy Gazebo, robot, Move Base và các node liên quan.
Sử dụng `roslaunch` để khởi chạy hệ thống.

Phần 4: Lập trình Path Planning

1. Gửi mục tiêu (Goal) cho Move Base

Sử dụng actionlib để gửi mục tiêu đến Move Base.
Viết một node Python hoặc C++ để gửi mục tiêu.
Xử lý phản hồi từ Move Base (ví dụ: thành công, thất bại).

2. Theo dõi tiến trình Path Planning

Theo dõi các topic liên quan đến Path Planning (ví dụ: `/move_base/GlobalPlanner/plan`, `/move_base/LocalPlanner/plan`).
Sử dụng RViz để hiển thị đường đi và trạng thái của robot.

3. Xử lý các tình huống lỗi

Sử dụng Recovery Behaviors để xử lý các tình huống robot bị mắc kẹt hoặc gặp chướng ngại vật.
Viết các custom Recovery Behaviors (tùy chọn).

Phần 5: Mô phỏng và thử nghiệm

1. Mô phỏng trong Gazebo

Chạy mô phỏng và quan sát robot di chuyển đến mục tiêu.
Điều chỉnh các tham số cấu hình để cải thiện hiệu suất.
Thử nghiệm với các môi trường và mục tiêu khác nhau.

2. Sử dụng RViz để trực quan hóa

Hiển thị bản đồ, đường đi, vị trí robot và các thông tin khác.
Sử dụng các công cụ trong RViz để tương tác với môi trường.

3. Triển khai trên robot thực tế (tùy chọn)

Kết nối robot thực tế với ROS.
Điều chỉnh cấu hình cho phù hợp với robot thực tế.
Thực hiện Path Planning trên robot thực tế.

Ví dụ cụ thể (sử dụng Python):

1. Gửi mục tiêu cho Move Base:

```python
! /usr/bin/env python

import rospy
import actionlib
from move_base_msgs.msg import MoveBaseAction, MoveBaseGoal
from geometry_msgs.msg import Pose, Point, Quaternion

def movebase_client():

client = actionlib.SimpleActionClient(move_base, MoveBaseAction)
client.wait_for_server()

goal = MoveBaseGoal()
goal.target_pose.header.frame_id = map
goal.target_pose.header.stamp = rospy.Time.now()
goal.target_pose.pose.position = Point(2.0, 2.0, 0.0) Ví dụ: Điểm đến (2, 2)
goal.target_pose.pose.orientation = Quaternion(0.0, 0.0, 0.0, 1.0) Hướng không đổi

client.send_goal(goal)
wait = client.wait_for_result()
if not wait:
rospy.logerr(Action server not available!)
rospy.signal_shutdown(Action server not available!)
else:
return client.get_result()

if __name__ == __main__:
try:
rospy.init_node(movebase_client_py)
result = movebase_client()
if result:
rospy.loginfo(Goal execution done!)
except rospy.ROSInterruptException:
rospy.loginfo(Navigation test finished.)
```

2. Launch file cơ bản:

```xml













args=-urdf -param robot_description -model your_robot_name/>









```

Phần 6: Các bước thực hiện chi tiết

1. Cài đặt ROS và các package cần thiết:

Sử dụng `apt-get` để cài đặt các package như `ros-noetic-move-base`, `ros-noetic-navigation`, `ros-noetic-gmapping`, `ros-noetic-amcl`, `ros-noetic-gazebo-ros-pkgs`.

2. Tạo một workspace ROS:

`mkdir -p ~/catkin_ws/src`
`cd ~/catkin_ws/src`
`catkin_init_workspace`
`cd ~/catkin_ws`
`catkin_make`
`source devel/setup.bash`

3. Tạo các package cần thiết:

`catkin_create_pkg your_robot_description_package urdf xacro`
`catkin_create_pkg your_world_package gazebo_ros`
`catkin_create_pkg your_move_base_config_package move_base`
`catkin_create_pkg your_rviz_config_package rviz`

4. Viết URDF cho robot:

Tạo file `your_robot.urdf.xacro` trong `your_robot_description_package/urdf`.

5. Tạo môi trường Gazebo:

Tạo file `your_world.world` trong `your_world_package/worlds`.

6. Cấu hình Move Base:

Tạo các file cấu hình cho `global_costmap_params.yaml`, `local_costmap_params.yaml`, `base_local_planner_params.yaml` trong `your_move_base_config_package/config`.

7. Tạo launch file:

Tạo file `move_base.launch` trong `your_move_base_config_package/launch`.

8. Viết node Python để gửi mục tiêu:

Tạo file `send_goal.py` trong một package ROS bất kỳ.

9. Chạy mô phỏng:

`roslaunch your_move_base_config_package move_base.launch`
`rosrun your_python_node_package send_goal.py`

Phần 7: Nâng cao

1. Sử dụng SLAM để tạo bản đồ:

Sử dụng `gmapping` hoặc `slam_gmapping` để tạo bản đồ từ dữ liệu laser scanner.

2. Sử dụng AMCL để định vị robot:

Sử dụng `amcl` để định vị robot trên bản đồ đã có.

3. Tối ưu hóa Path Planning:

Điều chỉnh các tham số cấu hình để cải thiện hiệu suất và độ tin cậy.
Sử dụng các thuật toán Path Planning nâng cao.

4. Xử lý các tình huống phức tạp:

Xử lý các chướng ngại vật động.
Lập kế hoạch đường đi trong môi trường 3D.
5.

ROS 2 Path Planning:

*Tìm hiểu các package tương tự trong ROS 2 (ví dụ: Nav2) và cách chúng hoạt động.

Lời khuyên:

Bắt đầu từ những ví dụ đơn giản và dần dần tăng độ phức tạp.
Đọc kỹ tài liệu ROS và Gazebo.
Tham gia các diễn đàn và cộng đồng ROS để được hỗ trợ.
Thực hành thường xuyên để nắm vững kiến thức.

Lưu ý quan trọng:

Hướng dẫn này cung cấp một cái nhìn tổng quan và chi tiết về ROS Path Planning.
Việc triển khai thực tế có thể đòi hỏi kiến thức sâu hơn và kinh nghiệm thực tế.
Hãy tìm hiểu kỹ các khái niệm và thử nghiệm với các ví dụ khác nhau để hiểu rõ hơn.

Chúc bạn thành công trên con đường chinh phục ROS Path Planning! Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào, đừng ngần ngại hỏi.

Contact seller Share

Comments