Check with seller Hồ Chí Minh => Cần giảng viên lập trình robot dạy về lập trình robot với ROS Real-time Monitoring

Chào bạn,

Để giúp bạn có một về lập trình robot với ROS (Robot Operating System) và Real-time Monitoring, tôi sẽ đóng vai một giảng viên lập trình robot và cung cấp cho bạn một lộ trình học tập, các khái niệm quan trọng, và ví dụ cụ thể.

I. Giới thiệu tổng quan

ROS là gì?

ROS là một framework phần mềm linh hoạt để viết phần mềm robot. Nó cung cấp các công cụ và thư viện cần thiết để phát triển các ứng dụng robot phức tạp.

Tại sao cần Real-time Monitoring?

Trong robot học, việc theo dõi trạng thái và hiệu suất của robot trong thời gian thực là rất quan trọng. Điều này giúp chúng ta phát hiện và xử lý các vấn đề một cách nhanh chóng, đảm bảo an toàn và hiệu quả hoạt động.

II. Chuẩn bị môi trường

1. Cài đặt ROS:

Truy cập trang chủ ROS: [http://wiki.ros.org/](http://wiki.ros.org/)
Chọn phiên bản ROS phù hợp với hệ điều hành của bạn (ví dụ: Noetic Ninjemys cho Ubuntu 20.04).
Làm theo hướng dẫn cài đặt chi tiết trên trang wiki.

2. Cài đặt các gói cần thiết:

Mở terminal và chạy các lệnh sau:

```bash
sudo apt update
sudo apt install python3-rosdep python3-rosinstall python3-vcstool python3-wstool
sudo rosdep init
rosdep update
```

III. Các khái niệm cơ bản

1. Nodes:

Là các tiến trình (processes) thực thi một chức năng cụ thể.
Ví dụ: một node có thể điều khiển động cơ, đọc dữ liệu cảm biến, hoặc thực hiện thuật toán điều khiển.

2. Topics:

Là các kênh giao tiếp giữa các nodes.
Nodes có thể publish (xuất bản) dữ liệu lên topic và subscribe (đăng ký nhận) dữ liệu từ topic.

3. Messages:

Là các cấu trúc dữ liệu được truyền qua topics.
ROS cung cấp nhiều loại message chuẩn, bạn cũng có thể định nghĩa message riêng.

4. Services:

Là các yêu cầu/phản hồi (request/response) giao tiếp giữa các nodes.
Một node có thể cung cấp một service, và node khác có thể gọi service đó.

5. Parameters:

Là các biến cấu hình toàn cục có thể được truy cập và thay đổi bởi các nodes.

IV. Thực hành: Tạo một ứng dụng ROS đơn giản với Real-time Monitoring

Trong ví dụ này, chúng ta sẽ tạo một node publisher đơn giản, phát ra một số ngẫu nhiên lên một topic, và một node subscriber theo dõi topic này và hiển thị giá trị nhận được. Chúng ta sẽ sử dụng `rospy` (thư viện Python cho ROS) để viết các node này.

1. Tạo một workspace ROS:

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

2. Tạo một package ROS:

```bash
cd ~/catkin_ws/src
catkin_create_pkg my_robot_monitoring rospy
```

3. Viết node publisher (random_number_publisher.py):

```python
!/usr/bin/env python3

import rospy
import random
from std_msgs.msg import Float64

def publisher():
pub = rospy.Publisher(random_number, Float64, queue_size=10)
rospy.init_node(random_number_publisher, anonymous=True)
rate = rospy.Rate(1) Publish every 1 second

while not rospy.is_shutdown():
random_num = random.random()
rospy.loginfo(Publishing: %s, random_num)
pub.publish(random_num)
rate.sleep()

if __name__ == __main__:
try:
publisher()
except rospy.ROSInterruptException:
pass
```

4. Viết node subscriber (random_number_subscriber.py):

```python
!/usr/bin/env python3

import rospy
from std_msgs.msg import Float64

def callback(data):
rospy.loginfo(I heard %s, data.data)

def subscriber():
rospy.init_node(random_number_subscriber, anonymous=True)
rospy.Subscriber(random_number, Float64, callback)
rospy.spin()

if __name__ == __main__:
subscriber()
```

5. Chỉnh sửa `CMakeLists.txt` để build các node:

Mở `~/catkin_ws/src/my_robot_monitoring/CMakeLists.txt` và thêm các dòng sau:

```cmake
add_executable(random_number_publisher src/random_number_publisher.py)
target_link_libraries(random_number_publisher ${catkin_LIBRARIES})
add_executable(random_number_subscriber src/random_number_subscriber.py)
target_link_libraries(random_number_subscriber ${catkin_LIBRARIES})

catkin_install_python(PROGRAMS
src/random_number_publisher.py
src/random_number_subscriber.py
DESTINATION ${CATKIN_PACKAGE_BIN_DESTINATION}
)
```

6. Build workspace:

```bash
cd ~/catkin_ws/
catkin_make
source devel/setup.bash
```

7. Chạy các node:

Mở 3 terminal:

Terminal 1: `roscore`
Terminal 2: `rosrun my_robot_monitoring random_number_publisher.py`
Terminal 3: `rosrun my_robot_monitoring random_number_subscriber.py`

Bạn sẽ thấy node publisher phát ra các số ngẫu nhiên và node subscriber nhận và hiển thị chúng.

V. Real-time Monitoring với `rqt`

`rqt` là một framework GUI (Graphical User Interface) cho ROS, cho phép bạn tạo các giao diện tùy chỉnh để theo dõi và điều khiển robot.

1. Cài đặt `rqt` và các plugin cần thiết:

```bash
sudo apt install ros-noetic-rqt ros-noetic-rqt-common-plugins
```

2. Chạy `rqt`:

```bash
rqt
```

3. Sử dụng `rqt_plot` để theo dõi topic:

Trong `rqt`, chọn `Plugins -> Visualization -> Plot`.
Trong ô trống, nhập `/random_number` và nhấn Enter.
Bạn sẽ thấy biểu đồ hiển thị giá trị của topic `random_number` theo thời gian thực.

4. Sử dụng `rqt_console` để xem log messages:

Trong `rqt`, chọn `Plugins -> Logging -> Console`.
Bạn sẽ thấy tất cả các log messages (info, warning, error) từ các nodes.

VI. Nâng cao: Sử dụng các công cụ monitoring khác

`rosbag`:

Ghi lại dữ liệu từ các topics vào file để phân tích sau.

`tf` (Transform Library):

Quản lý các hệ tọa độ khác nhau trên robot và môi trường xung quanh.

Custom Dashboards:

Sử dụng các thư viện GUI khác (ví dụ: PyQt, Tkinter) để tạo các dashboards theo dõi và điều khiển robot tùy chỉnh.

VII. Lời khuyên và lưu ý

Tìm hiểu kỹ tài liệu ROS:

[http://wiki.ros.org/](http://wiki.ros.org/)

Tham gia cộng đồng ROS:

ROS Discourse, ROS Answers.

Thực hành nhiều:

Càng thực hành nhiều, bạn càng hiểu rõ hơn về ROS và cách lập trình robot.

Đọc code nguồn:

Đọc code của các package ROS khác để học hỏi kinh nghiệm.

Sử dụng các công cụ debug:

`gdb`, `roslaunch` với `screen`.

VIII. Kết luận

Đây là một hướng dẫn cơ bản về lập trình robot với ROS và Real-time Monitoring. Hy vọng nó sẽ giúp bạn bắt đầu hành trình khám phá thế giới robot học thú vị này. Chúc bạn thành công!

Lưu ý:

Hãy thay thế `noetic` bằng phiên bản ROS bạn đang sử dụng. Bạn có thể tùy chỉnh và mở rộng ví dụ trên để phù hợp với dự án robot của mình. Hãy nhớ rằng, việc học lập trình robot là một quá trình liên tục và đòi hỏi sự kiên trì.

Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào, đừng ngần ngại hỏi!

Contact seller Share

Comments