📄Работа №183511
Тема: МОДЕЛИРОВАНИЕ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ В СРЕДЕ РАЗРАБОТКИ ROBOT OPERATING SYSTEM
Характеристики работы
Тип работы
Дипломные работы, ВКР
Предмет
Робототехника
Объем:
54 листов
Год:
2020
Просмотров:
74
4540
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
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
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
📖 Аннотация
Работа посвящена исследованию возможностей фреймворка Robot Operating System (ROS) для моделирования робототехнических систем. Актуальность темы обусловлена интенсивным внедрением роботов в промышленность и исследовательскую деятельность, где критически важна эффективная платформа для разработки и тестирования алгоритмов управления. В ходе исследования был проведён комплексный анализ архитектуры ROS, изучены её ключевые компоненты, включая файловую систему, механизм взаимодействия узлов, а также инструменты визуализации RViz и симуляции Gazebo. Методология включала практическое моделирование с использованием виртуальных роботов turtlesim и TurtleBot3, что позволило разработать программное обеспечение для навигации мобильного робота в заданную точку на плоскости. Полученные результаты демонстрируют, что ROS, обладая развитой библиотекой rospy, существенно упрощает процесс создания робототехнических приложений, хотя и требует глубокого понимания своей сложной архитектуры. Практическая значимость работы заключается в том, что разработанные программы и обобщённый методический материал могут служить основой для решения более сложных задач навигации и быть полезны разработчикам, начинающим освоение данной платформы.
📖 Введение
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.
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.
✅ Заключение
В ходе выполнения выпускной квалификационной работы был проведён обзор и анализ робототехнического фреймворка ROS. Были изучены файловая система Linux, язык программирования Python, принцип взаимодействия узлов в системе ROS, способы отправки команд через терминал, а также инструменты визуализации RViz и SD-симуляции Gazebo.
С помощью команд rosbash были изучены основные детали и принципы взаимодействия узлов в системе ROS для согласованного управления виртуальными роботами turtlesim и TurtleBot3.
Были рассмотрены этапы создания собственных программ в системе ROS. Описаны ключевые моменты использования платформы, её возможностей и инструментов.
Разработана программа для перемещения виртуального мобильного робота в заданную точку на плоскости. Предложены реализации программ для использования мобильного робота TurtleBot3. Далее эти программы могут быть усовершенствованы или использованы в качестве основы для решения задач навигации мобильного робота.
В результате изучения и анализа данного робототехнического фреймворка были сделаны следующие выводы:
ROS - это платформа значительно упрощающая процесс моделирования робототехнических систем, но вместе с тем достаточно сложная по своей архитектуре и организации. Таким образом, эта платформа подойдёт для решения серьёзных задач робототехники и их моделирования.
Развитая библиотека rospy позволяет значительно ускорить процесс разработки программ для роботов путём импорта необходимых классов и объектов.
В дальнейшем методический материал приведённый в данной работе может быть полезен всем начинающим знакомство с ROS.
С помощью команд rosbash были изучены основные детали и принципы взаимодействия узлов в системе ROS для согласованного управления виртуальными роботами turtlesim и TurtleBot3.
Были рассмотрены этапы создания собственных программ в системе ROS. Описаны ключевые моменты использования платформы, её возможностей и инструментов.
Разработана программа для перемещения виртуального мобильного робота в заданную точку на плоскости. Предложены реализации программ для использования мобильного робота TurtleBot3. Далее эти программы могут быть усовершенствованы или использованы в качестве основы для решения задач навигации мобильного робота.
В результате изучения и анализа данного робототехнического фреймворка были сделаны следующие выводы:
ROS - это платформа значительно упрощающая процесс моделирования робототехнических систем, но вместе с тем достаточно сложная по своей архитектуре и организации. Таким образом, эта платформа подойдёт для решения серьёзных задач робототехники и их моделирования.
Развитая библиотека rospy позволяет значительно ускорить процесс разработки программ для роботов путём импорта необходимых классов и объектов.
В дальнейшем методический материал приведённый в данной работе может быть полезен всем начинающим знакомство с ROS.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🖼 Скриншоты
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.