Aplicação do ROS no Controle de Movimento de Robôs Equipados com Motores Dynamixel em Linux de Tempo Real
Categoria do Trabalho: Projeto de Fim de Curso
Instituição: Universidade Federal de Uberlândia
Curso: Engenharia Mecatrônica
Aluno: Mateus Amarante Araújo
A EDROM é um grupo de pesquisa da Universidade Federal de Uberlandia que participa de diversas competições de robótica ao redor do mundo, já tendo ganhado diversos títulos. Apesar do sucesso, a equipe enfrenta dificuldades em realizar o controle de movimento dos seus robôs humanoides. Uma razão para isso é o fato das ferramentas computacionais utilizadas carecerem de recursos para implementar estratégias alternativas de controle. Para superar as limitações encontradas, este trabalho propõe uma solução genérica baseada no ROS, especialmente sua ferramenta chamada ros_control, para controlar o movimento não somente dos robôs da EDROM, mas de qualquer robô equipado com motores Dynamixel. Mostra-se que o novo sistema se destaca por ser modular, flexível e oferecer ferramentas que podem ser facilmente integradas com projetos de terceiros e utilizado em sistemas operacionais de tempo real de forma segura. O sistema é testado com sucesso em robô humanoide de 8GDL, sendo controlado por vários controladores genéricos e integrado com outros pacotes do ROS, como o rviz e a tf, usados para estimar o estado do robô e visualizá-lo em ambiente tridimensional. O novo sistema também é testado em Linux de tempo real, apresentando desempenho de controle de posição significamente melhor quando comparado ao sistema antigo em Linux de propósito geral.
Este repositório apresenta 4 ROS packages principais:
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dxl_robot_hw: implementação de DxlRobotHW, RobotHW para comunicar com robôs equipados com motores Dynamixel + programa de teste com estrutura de uma junta, o dxl_robot_hw_test;
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control_loop: implementação do ControlLoop, classe que gerencia um loop de controle potencialmente de tempo real. O RosControlLoop comporta um RobotHW e um ControllerManager, executando, a cada iteração, a sequência RobotHW::read()->ControllerManager::update()->RobotHW::write();
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bioloid_example: teste com robô de 8GDL (3 em cada braço + 2 na cabeça) integrado com rviz e tf;
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posvel_controllers: Implementação de controladores que utilizam a hardware_interface::PosVelJointInterface. O posvel_interface::JointTrajectoryController e o PosVelJointGroupController.
O repositório também contém outros 2 pacotes ROS secundários:
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control_timer_tests: testes básicos com control_loop::ControlLoop (OBSOLETO)
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ilc_feedforward_controller: código preliminar para implementar o controlador desenvolvido por SCHWARZ e BEHNKE (2013) - https://www.ais.uni-bonn.de/papers/RC13_Schwarz.pdf
Enfim, também há 2 projetos CMake independentes do ROS:
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dxl_tests: testes isolados, como de registro de tempo de resposta, e de programas auxiliares, como de identificação estimação de frequência máxima de comunicação dos motores Dynamixel;
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dxl_interface: biblioteca auxiliar que envolve a Dynamixel SDK, abstraindo certos detalhes e adicionando novas funcionalidades. Por enquanto, somente a classe dxl_interface::ModelSpec está funcional, sendo utilizada no DxlRobotHW.
Em breve, o texto final será disponibilizado.
Além dos pacotes "padrão" do ROS, como a tf e o rviz, estes projeto depende dos seguintes ROS packages: ros_control ros_controllers realtime_tools imu_filter_madgwick phidget_drivers ros-bioloid
Todos podem ser encontrados no repositório ROS, exceto o ros-bioloid, encontrado em https://github.com/dxydas/ros-bioloid (ressalta-se que este projeto só faz uso dos desenhos CAD)
Também é necessário instalar a Dynamixel SDK (https://github.com/ROBOTIS-GIT/DynamixelSDK) e a dxl_interface desenvolvida (o README.md da pasta do projeto contém instruções de instalação)