МОДЕЛИРОВАНИЕ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ В СРЕДЕ РАЗРАБОТКИ ROBOT OPERATING SYSTEM

Аннотация 2
ВВЕДЕНИЕ 5
1 Обзор фреймворка Robot Operating System 9
1.1 Что такое ROS 9
1.2 Проекты на базе ROS 13
1.3 Структура ROS 15
1.3.1 Уровень файловой системы 15
1.3.2 Уровень вычислений 18
2 Исследование ROS 24
2.1 Требования к моделированию 24
2.2 Создание пакета и программ ROS 24
2.3 Симулятор turtlesim 32
2.4 Симуляция модели реального мобильного робота 37
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 48
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 49
ПРИЛОЖЕНИЕ А 50
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 51
ПРИЛОЖЕНИЕ В 53
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 54

Купить

В настоящее время робототехника превратилась в развитую отрасль промышленности: тысячи роботов работают на различных предприятиях мира, подводные манипуляторы стали непременной принадлежностью подводных исследовательских и спасательных аппаратов, изучение космоса опирается на широкое использование роботов с различным уровнем интеллекта. Особенное внимание уделяется автоматизации тяжелых, вредных, утомительных и монотонных работ в различных отраслях с помощью роботов-манипуляторов.
Перед тем, как начать говорить о фреймворке (комплексе программ) ROS (Robot Operating System), стоит разобраться с некоторыми ключевыми понятиями, такими как «робот» и «операционная система».
Существуют различные определения термина робот.
Впервые данный термин был использован 1920 году, когда чешский писатель Карел Чапек употребил его в фантастической пьесе «Rossumovi univerzalni roboti» (R.U.R), где искусственно созданный человек использовался на тяжелых и опасных производствах. Позднее этот термин переняли и использовали другие писатели-фантасты, такие как Айзек Азимов, Артур Кларк и другие в своих знаменитых работах [11, 9]. В сборнике рассказов «Я, Робот», Азимов разработал этический кодекс для роботов, а именно «Три закона роботехники».
Дадим определение понятию «робот». Робот (от чеш. Robota - «подневольный труд») - автоматическое устройство, предназначенное для осуществления различного рода механических операций, действующее по заложенной заранее программе. Робот обычно получает информацию о состоянии окружающего пространства посредством датчиков (технических аналогов органов чувств живых организмов). Робот может самостоятельно осуществлять производственные и иные операции, частично или полностью заменяя труд человека. Робот может иметь связь с оператором, получая от него команды (ручное управление), действовать автономно, в соответствии с заложенной программой (автоматическое управление). На рисунке 1 показаны примеры некоторых видов роботов.
Информационные технологии за последнее время сделали значительный скачок вперед, и уже невозможно представить жизнь современного человека без помощи компьютера. Изначально компьютеры были громоздкими, дорогими и менее производительными, но с развитием науки и техники уже в 80-х годах прошлого века компьютеры становятся миниатюрнее, доступнее и производительнее, что стимулировало написание программного обеспечения, в том числе разработку операционных систем, например, систем Windows NT, Unix; в свою очередь широкий выбор разработанного ПО стимулировал дальнейшее распространение и использование персональных компьютеров в обществе. На рисунке 2 показана эволюция компьютеров в хронологическом порядке.
Перейдем к понятию «операционная система», сокр. ОС (англ. operating system, OS).
Операционная система - комплекс взаимосвязанных программ (набор инструкций), предназначенных для управления ресурсами компьютера и организации взаимодействия с пользователем.
Без операционной системы компьютер - это просто набор микросхем. На базе операционной системы работают все программы, которые мы используем. Именно ОС позволяет пользователю использовать возможности «железа» (hardware). К операционным системам, пользующимся на сегодняшний день популярностью у пользователей и разработчиков программного обеспечения, можно отнести MacOS, Linux, Windows, iOS, Android и другие.
Сегодня у специалистов в области робототехники возникают примерно те же трудности, что и 30 лет назад у разработчиков ЭВМ. Из-за отсутствия общих стандартов и платформ создателям роботов приходится начинать разработку каждого нового творения практически с нуля.
Для решения данной проблемы по всему миру ведётся разработка различных операционных систем и фреймворков для роботов [3].
Об одной из этих разработок и будет говориться в данной работе.
Таким образом, актуальность выбранной темы обусловлена значимостью развития подобных платформ в современной робототехнике.
Целью настоящей работы является изучение структуры и особенностей функционирования фреймворка для разработки и управления робототехнических систем Robot Operating System.
Задачи, решаемые в работе:
1. Описание фреймворка ROS и его базовых понятий;
2. Исследование принципа работы Robot Operating System на примерах простых программ, управляющих поведением виртуальной идеализированной модели робота;
3. Разработка собственной модели виртуального робототехнического устройства и написание программы управления им в среде ROS.

Купить