Analýza softvérového prostredia pre riadenie robotov Player-Stage ...

Technická univerzita v Košiciach 

Fakulta elektrotechniky a informatiky 

Analýza softvérového prostredia pre 

riadenie robotov Player-Stage-Gazebo 

2011 Erik Bodnár

Technická univerzita v Košiciach 

Fakulta elektrotechniky a informatiky 

Katedra kybernetiky a umelej inteligencie 

Analýza softvérového prostredia pre 

riadenie robotov Player-Stage-Gazebo 

Diplomová práca 

Študijný program: Kybernetika a informačno-riadiace sys- 

témy 

Študijný odbor: Kybernetika 

Školiace pracovisko: Katedra kybernetiky a umelej inteligen- 

cie (KKUI) 

Školiteľ: Ing. Rudolf Jakša, PhD. 

Konzultant: Ing. Rudolf Jakša, PhD. 

Košice 2011 Erik Bodnár

Analytický list 

Autor: Erik Bodnár 

Názov práce: Analýza softvérového prostredia pre riadenie robotov 

Podnázov práce: 

Jazyk práce: slovenský 

Player-Stage-Gazebo 

Typ práce: Diplomová práca 

Počet strán: 60 

Akademický titul: Inžinier 

Univerzita: Technická univerzita v Košiciach 

Fakulta: Fakulta elektrotechniky a informatiky (FEI) 

Katedra: Katedra kybernetiky a umelej inteligencie (KKUI) 

Študijný odbor: Kybernetika 

Študijný program: Kybernetika a informačno-riadiace systémy 

Mesto: Košice 

Vedúci práce: Ing. Rudolf Jakša, PhD. 

Konzultanti práce: Ing. Rudolf Jakša, PhD. 

Dátum odovzdania: 29. 04. 2011 

Dátum obhajoby: 27. 05. 2011 

Kľúčové slová: Gazebo, simulácia robotov, tvorba modelu robota 

Kategória konspekt: Technika, technológia, inžinierstvo 

Citovanie práce: Erik Bodnár: Analýza softvérového prostredia pre riadenie 

robotov Player-Stage-Gazebo. Diplomová práca. Košice : 

Technická univerzita v Košiciach, Fakulta elektrotechniky 

a informatiky. 2011. 60 s. 

Názov práce v AJ: Analysis of Player-Stage-Gazebo software enviroment for ro- 

Podnázov práce v AJ: 

bots control 

Kľúčové slová v AJ: Gazebo, robot simulator, robot modeling

Abstrakt v SJ 

Cieľom tejto diplomovej práce je bližší pohľad na projekt Player-Stage-Gazebo, pres- 

nejšie na prácu v 3D prostredí programu Gazebo. V úvode je krátky prehľad nie- 

ktorých robotických simulátorov. Základ práce tvorí oboznámenie sa s programom 

Gazebo, ako prebieha tvorba modelu v tomto programe a ako ho môžeme ovládať 

vlastným programom. Cieľom je aj podrobný popis inštalácie programu Gazebo. Po- 

sledná kapitola analyzuje možnosti tvorby modelu robota Nao v prostredí Gazebo, 

aké máme dostupné informácie o robote a čo by nám malo pomôcť v programe 

Gazebo. 

Abstrakt v AJ 

The main goal of this thesis is a closer look at Player-Stage-Gazebo project and 

how to work in 3D Gazebo simulator. The introduction is a brief overview of some 

robotics simulators. We will describe how to build your own model and how to 

comunicate with Gazebo and your program. In the next chapter we describe the 

instalation of Gazebo and what is necessary for the preparation. Last chapter is 

analysis of the possible way to build a Gazebo model of Nao robot and problems 

that may occure.

Obr. 0 – 1

Čestné vyhlásenie 

Vyhlasujem, že som diplomovú prácu vypracoval(a) samostatne s použitím uvedenej 

odbornej literatúry. 

Košice 29. 04. 2011 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 

Vlastnoručný podpis

Poďakovanie 

Na tomto mieste by som sa rád poďakoval môjmu vedúcemu práce Ing. Rudolfovi Ja- 

kšovi, PhD za pomoc a usmernenie pri písaní tejto práce. Poďakovanie patrí aj mojej 

rodine, ktorá stála pri mne počas celého štúdia.

Obsah 

Úvod 1 

1 Formulácia úlohy 2 

2 Úvod do projektu The Player project 3 

2.1 História projektu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 

2.2 Player, server pre komunikáciu s reálnymi robotmi . . . . . . . . . . . 4 

2.3 Stage, komponent pre 2D simuláciu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 

2.4 Gazebo, komponent pre 3D simuláciu . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 

2.5 Alternatívne projekty . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 

3 Práca v simulátore Gazebo 13 

3.1 Gazebo modely . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 

3.2 Vytvorenie sveta v súbore *.world . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 

3.3 Vytvorenie modelu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 

3.4 Komunikácia s modelom pomocou kontroléra . . . . . . . . . . . . . . 26 

3.5 Vizuálne prostredie simulátora Gazebo . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 

4 Praktická časť 29 

4.1 Inštalácia programu Gazebo pod systémom Linux . . . . . . . . . . . 29 

4.1.1 Inštalácia Playera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 

4.1.2 Potrebné balíky a knižnice pre úspešnú inštaláciu Gazeba . . . 31 

4.1.3 Inštalácia Gazeba na Ubuntu Linux 10.04 . . . . . . . . . . . 34 

4.1.4 Zhrnutie inštalácie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 

4.2 Ukážka ovládania robota v prostredí Gazebo . . . . . . . . . . . . . . 35 

4.2.1 Spojenie sa s modelom pomocou nášho programu . . . . . . . 36 

4.2.2 Ovládanie modelu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 

4.3 Ukážka vytvoreného modelu v prostredí Gazebo . . . . . . . . . . . . 38 

4.3.1 Prvé kroky pri tvorbe modelu . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

FEI KKUI 

4.3.2 Stavba modelu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 

4.3.3 Ovládanie modelu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 

4.3.4 Komunikácia s modelom pomocou programu . . . . . . . . . . 45 

5 Analýza možnosti tvorby modelu robota Nao v prostredí Gazebo 47 

5.1 Krátka špecifikácia robota Nao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 

5.2 Pohľad na časti tela Naa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 

5.3 Možnosti tvorby modelu a komunikácie s Naom v prostredí Gazebo . 49 

6 Záver (zhodnotenie riešenia) 55 

Zoznam použitej literatúry 56 

Zoznam príloh 60 

7 Príloha B 61 

8 Príloha C 68 

9

FEI KKUI 

Úvod 

V tejto práci sa zaoberáme možnosťou simulácie robota v prostredí Player-Stage- 

Gazebo. 

Základom simulácie by nemala byť len vizuálna stránka robota, ale aj jeho fyzická 

podstata a tak isto aj prostredia. Simulátor by mal zvládať interakcie, ktoré pre- 

biehajú medzi simulovaným robotom a prostredím. Vďaka tomu, že vidíme model 

robota v 3D, vieme si lepšie predstaviť, ako bude vyzerať, ako sa bude správať. 

Môžeme jednoducho meniť jeho parametre, vyskúšať rozmery, ktoré budú sedieť 

najlepšie. Pridávať rôzne senzory v ľubovoľnom počte, pretože nie sme limitovaný 

cenou senzorov. 

Vďaka týmto simulátorom sa dajú jednoducho realizovať naše predstavy vo virtu- 

álnom svete, bez potreby stavať fyzického robota a možnosti, že ho poškodíme. Po 

odskúšaní a odladení jeho častí sa by mala konštrukcia reálneho robota prebiehať 

jednoduchšie. 

Nemusí to byť také jednoduché, pretože sa ľahko môže stať, že zabudneme na nie- 

ktoré veci, ktoré zbadáme až na reálnom robotovi. Simulátor simuluje to, čo mu 

kážeme, takže je možné, že niečo vynecháme a odzrkadlí sa to v reálnom svete. 

Ohľadom softvérového balíka Player-Stage-Gazebo sme sa pozreli bližšie na jeho 

inštaláciu a popis krokov, ktoré treba splniť. Zamerali sme sa hlavne na časť balíka 

Gazebo, ktorý je 3D simulátorom, popísali tvorbu modelu a základy jeho ovládania 

vlastným programom. 

Práca nadväzuje na bakalársku prácu Bodnár (2009), ktorej náplňou bolo riadenie 

chôdze robota Aibo pomocou neurónovej siete. V bakalárskej práci sa riešilo imi- 

tovanie chôdze robota Aibo neurónovou sieťou a pomocou pôvodnej chôdze Aiba 

dopredu a otáčania sa na mieste naučiť neurónovú sieť chôdzu do oblúka. 

Navrhnutá neurónová sieť bola schopná sa naučiť pôvodné chôdze robota Aibo s rôz- 

nou presnosťou. Chôdzu do oblúka vpravo sa sieť naučila pri určitom počte neurónov 

v skrytej vrstve a chôdzu do oblúka vľavo sa sieť nedokázala naučiť. 

1

FEI KKUI 

1 Formulácia úlohy 

Úlohy zo zadania práce 

1. Vypracovať prehľad softvérových prostredí pre riadenie robotov. 

2. Vypracovať úvod do softvérového systému Player-Stage-Gazebo. 

3. Inštalovať Player-Stage-Gazebo vo vybranom prostredí a vypracovať doku- 

mentáciu k inštalácii. 

4. Pripraviť ukážky aplikácií v Player-Gazebo pre vybrané úlohy. 

5. Analyzovať možnosti prostredia Player-Stage-Gazebo pre robota Nao. 

6. Dokumentácia. 

Prehľad spĺnenia úloch 

• v 2. kapitole sa nachádza prehľad softvérových prostredí a úvod do prostredia 

Player-Stage-Gazebo, 

• inštalácia softvérového prostredia Gazebo sa nachádza v kapitole 3, 

• ukážky aplikácií pre Gazebo sa nachádzajú v kapitole 5, 

• analýza možnosti prostredia Gazebo pre robota Nao sa nachádza v 6. kapitole, 

• v 4. kapitole je popísané, ako sa pracuje v prostredí Gazebo. 

2

FEI KKUI 

2 Úvod do projektu The Player project 

The Player projekt v sebe zahŕňa skupinu programov, ktoré umožňujú prácu a vý- 

skum s robotmi a senzorovými systémami. Celý projekt je pod licenciou GNU Ge- 

neral Public License a zdrojové kódy programov sú voľne šíriteľné. 

Projekt v sebe zahŕňa balíky Player, Stage, Gazebo. Pomocou týchto programov 

môžeme komunikovať s reálnymi robotmi, presnejšie s programom Player, vďaka 

tomu, že sa správa ako server. Komunikovať môžeme len s tými robotmi, ktoré sú 

podporované, napríklad pioneer robot. 

Pomocou zvyšných dvoch programov Stage a Gazebo vieme simulovať prácu s ro- 

botmi, či už v 2D prostredí, to umožňuje Stage, alebo 3D prostredí Gazeba. 

2.1 História projektu 

Na univerzite v Južnej Karolíne sa pracovalo na multi-robot systémoch, kde v roku 

1998 prišli Brian Gerkey a Richard Vaughan. Tam napísal Richard simulátor via- 

cerých robotov, ktorý sa volal Arena. V laboratóriu sa používal systém Ayllu na 

robotoch Pioneer napísaný Barry Wergerom. 

Richard a Brain prišli s myšlienkou používania systému založeného na Unixe kvôli 

zlepšeniu práce na simulátore. V roku 1999 sa ku nim pridal Kasper Stoy a praco- 

vali na riadiacich programoch (controllers) pre robotov, kdež to Richard pracoval na 

socketovom rozhraní klient-kontrolér/server-robot. Riadiace programy boli objemné, 

preto ich nechceli prenášať na Ayllu, tak vznikol ArenaServer. Tento server bežal na 

robotoch a predstavoval rovnaké rozhranie typu socket ako Arena. Cele to fungovalo 

dobre, až na prehľadnosť. 

Neskôr začali spoločne uvažovať o robotickom rozhraní, kde by pomocou socket ro- 

zhrania mohla prebiehať komunikácia bez potrebných znalostí programovania pre 

daný hardvér, malo by to byť voľne šíriteľné, aby tam mohli ľudia vytvárať vlastné 

ovládače. 

3

FEI KKUI 

Brain a Kasper napísali nový server pre Pioneer roboty a nazvali ho Golem. Takto sa 

dostávame ku Golem/Arena rozhraniu, ktoré nahrádza ArenaServer. Toto rozhranie 

v sebe obsahovalo základnú funkcionalitu zo súčastného simulátora Player/Stage. 

Neskoršie boli inšpirovaný Shakespearovým dielom, kde javisko predstavuje svet a 

ľudia sú hercami. V roku 2002 začali Andrew Howard a Nate Koneig pracovať na 

projekte Gazebo. 

2.2 Player, server pre komunikáciu s reálnymi robotmi 

Tento balík umožňuje prepojenie programov s robotickými a senzorovými hardvérmi. 

Správa sa ako sieťový server medzi programom a reálnym robotom. Má za úlohu 

prepojiť pomocou client/server modulu program na ovládanie robotov s daným ro- 

botom. 

Využíva TCP komunikáciu a dokáže načítať údaje zo senzorov a posielať príkazy 

akčným členom robota. Umožňuje písanie kódu pod rôznymi programovacími ja- 

zykmi ako C++, TCL, Java, Python a spúšťanie na rozdielnych počítačových sys- 

témoch ako Windows, Linux, Solaris, *BSD. 

Dokáže sprostredkovať prepojenie viacerých klientov, čím umožňuje rozdeľovať prácu 

medzi klientmi a následne zabezpečiť ich spoluprácu. Pôvodne bol vytvorený pre Ac- 

tivMedia Pioneer 2 family. V súčastnej dobe si Player rozumie aj s iným robotickým 

hardvérom a príslušenstvom. 

2.3 Stage, komponent pre 2D simuláciu 

Stage je simulátorom pre skupinu robotov v 2D prostredí. Je vytvorený pre výskum 

multi-agentových systémov. Obsahuje v sebe modely senzorov ako sonar, laser na 

meranie vzdialeností, senzor na počítanie urobených vzdialeností a kameru na de- 

tekciu predmetov. 

4

FEI KKUI 

Často je používaný ako modul pre Playera, kde roboty vytvorené pod Stageom sa 

pripájajú ako klienti ku Player serverom, ktorý sa môže tváriť, že umožňuje komu- 

nikáciu s reálnymi robotmi. Pritom len prebieha simulácia, po ktorej je možná aj 

komunikácia s reálnymi robotmi. 

Obr. 2 – 1 Ukážka 2D simulácie v programe Stage. Na obrázku sa nachádza 2D mapa simulácie, 

ktorú je možné si jednoducho nakresliť v kresliacom programe a uložiť. Stage sa používa prevažne na 

simuláciu viacerých robotov a na komunikáciu medzi nimi, obrázok prevzatý z domovskej stránky 

Stage (2011) 

2.4 Gazebo, komponent pre 3D simuláciu 

Gazebo je robotickým simulátorom v 3D prostredí, Koenig, N. Howard, (2004). 

• dokáže pracovať s jedným alebo viacerými robotmi, simuluje senzory a rôzne 

iné objekty, 

• obsahuje modely robotov ako Pioneer2DX, Pioneer2AT, SegwayRMP, 

• simulácia fyziky, roboti vedia manipulovať s ďalšími časťami sveta, 

• programy vedia samostatne pracovať s Gazebom vďaka knižnici libgazebo. 

AwareKitchen projekt v simulátore Gazebo 

Na Univerzite v Mníchove vytvorili robota schopného pracovať v kuchyni. Celý tento 

5

FEI KKUI 

Obr. 2 – 2 Ukážka 3D simulácie v programe Gazebo. Na obrázku je možné vidieť štvorkolesový 

model robota s laserom na streche. Vedľa je obrázok, ktorý ukazuje , čo vidí robot a tak isto čo 

zachytáva laser, obrázok prevzatý z domovskej stránky Gazebo (2011). Menší obraz predstavuje 

to, čo robot vidí svojou kamerou 

projekt je aj odsimulovaný v simulátore Gazebo autormi Kranz, M. Rusu, R. B. 

Maldonado, R. A. (2006). Vďaka simulácii je možné testovať algoritmus riadenia 

robota bez toho, aby sa použil skutočný robot. Takto je možné sledovať správanie 

sa robota a predvídať možné komplikácie u reálneho robota. Pomocou Playera je 

možné zachytiť reálne údaje robota a previesť do simulátora. 

Planetary Exploration Rover 

V ďalšom prípade bol Gazebo použitý pri simulácii výskumného robotického vozíka 

pre iné planéty, konkrétne Mars. Correal R. (2008) sa zaoberal výskumom ohľadom 

autonómneho chovania sa vozíka. Využívalo sa pri tom 3D videnie pomocou stereo 

kamier, 3D mapovanie terénu, autonómna navigácia, vyhýbanie sa prekážkam, 

2.5 Alternatívne projekty 

Zrodilo sa viacero podobných simulačných programov, ktoré je možné voľne použí- 

vať, alebo sú komerčné. Každý z nich dáva užívateľom rôzne možnosti, majú svoje 

klady a zápory. Všetky moderné simulátory sa snažia o to, aby: 

6

FEI KKUI 

Obr. 2 – 3 Na obrázku je ukážka z AwareKitchen projektu reálnej kuchyne s modrým robotom 

a simulácia v Gazebo programe s červeným robotom. Obrázok prevzatý z práce Kranz, M. Rusu, 

R. B. Maldonado, R. A. (2006) 

Obr. 2 – 4 Ukážka simulácie rovera. Terén sa snaží čo najvernejšie kopírovať povrch planéty Mars. 

Obrázok prevzatý z práce Planetary exploration rover (2008) 

• tvorba robotov v simulátore bola rýchla a čo najjednoduchšia, 

7

FEI KKUI 

• boli implementované nástroje pre modelovanie reálnej fyziky, 

• program umožňoval 3D renderovanie a modelovanie, 

• telá robotov boli dynamické. 

Krátka charakteristika niektorých robotických simulátorov 

• Blender for robotics, 

• breve, 

• lpzrobotics, 

• ROS (Robot operating system), 

• RT Middleware, 

• Microsoft Robotics Studio. 

Blender for robotics 

Blender for robotics (2011) predstavuje voľne šíriteľný nástroj pod licenciou GNU 

pre prácu s 3D grafikou. Umožňuje pracovať s modelmi, textúrami, simulovať vodu 

a hmlu, animovať, renderovať, umožňuje kompozíciu, vytvárať interaktívne 3D ap- 

likácie vrátanie hier, animovaných filmov a vizuálnych efektov. 

Pracovať dokáže v prostredí Windows, Linux, Mac OS X, FreeBSD, OpenBSD, So- 

laris. Pre prácu s robotmi a senzormi je Blender For Robotics. 

breve 

Je to program na 3D simuláciu multi-agentových systémov a umelého života. Použiť 

je možné programovací jazyk Python, alebo skriptovací jazyk steve, vďaka ktorým 

je možné definovať chovanie agentov v 3D svete a sledovať ich vzájomnú interakciu. 

Simulátor v sebe obsahuje simuláciu fyziky a detekciu kolízie, takže je možná reálna 

simulácia bytostí. Program beží na systémoch Windows, Linux, Mac OS. 

lpzrobotic 

8

FEI KKUI 

Obr. 2 – 5 Ukážka z programu Blender for robotics, obrázok prevzatý zo stránky Blender for 

robotics (2011) 

Obr. 2 – 6 Ukážka k simulátoru breve z VisionSwarm dema, predstavuje skupinu agentov. Menší 

obrázok predstavuje, čo vidí vybraný agent, zdroj breve (2006) 

Ďalším z rodiny open-source simulátorov je simulátor lpzrobots z nemeckej univer- 

zity Leipzig. Tento balík v sebe obsahuje viacero podprogramov, z ktorých najdô- 

ležitejšími sú selforg a ode robots. Prvý spomenutý sa používa na implementáciu 

kontrolérov, druhý ode robots je 3D realistický robotický simulátor, pozostáva z 

ODE (Open Dynamics Engine) a OSG (OpenSceneGraph). Oba časti sú vyvíjané 

Georgom Martiusom. 

9

FEI KKUI 

Program je možné stiahnuť s rôznymi balíkmi pre Linux a Mac OS. Väčšina zdro- 

jového kódu je pod licenciou GPL, ale niektoré kontroléry sú chránené autorským 

zákonom. 

V balíkoch sa nachádzajú aj také frameworky, ktoré umožňujú využitie genetických 

algoritmov alebo genetické programovanie. 

Obr. 2 – 7 Na obrázku simulátora lpzrobotic je priebeh robotického wrestlingu, prevzaté z lpzro- 

botics (2010) 

ROS (Robot operating system) 

ROS (2011) je framework pre tvorbu robotických aplikácií, ktorý sa chová ako opera- 

čný systém. Poskytuje abstrakciu hardvéru, riadenie na najnižšej úrovni, posielanie 

správ medzi procesmi. Používa sa prevažne na systémoch typu Unix, ale niektoré 

časti bežia aj na systémoch Windows. Distribuovaný je pod licenciou BSD a má 

voľné zdrojové kódy. 

Zoznam niektorých robotov, ktoré môžu byť použité s týmto balíkom: 

• AscTec - štvorvrtuľový lietajúci robot, 

• Nao - humanoidný robot, 

• Lego NXT - robotická stavebnica od firmy Lego, 

• Roomba - robotický vysávač, 

10

FEI KKUI 

• Merlin miabotPro - malý, autonómny, mobilný robot. 

• a ďalšie. 

Microsoft robotics developer studio 

Je to softvér na riadenia a simuláciu robotov v prostredí systému Windows či už 

pre nadšencov, akademickú úroveň alebo komerčný vývoj. Pomocou MRDS môžeme 

riadiť roboty na diaľku alebo nastaviť autonómne správanie sa robota. Vďaka 3D 

simulácii vidíme správanie sa robota. 

Microsoft RDS vie komunikovať s viacerými robotickými platformami, ako sú: 

• Nao, 

• iRobot - založenom na Roomba vysávači, 

• Seegway - dvojkolesové vozítko na prepravu osoby, 

• Scribbler robot - malý programovateľný robot so senzormi, 

• a mnoho ďalších. 

Práca v programe umožňuje nasledujúce veci: 

1. prepojenie s Visual Studio projektamy v C#, C, VB.NET, 

2. vizuálneho programovania - je to grafické vývojové prostredie, programuje sa 

pomocou spájania blokov, vstupov a výstupov. Bližšia predstava na obrázku 

2 – 8 

3. MRDS 3D - prostredie pre simuláciu robotov pomocou NVIDIA PhysX tech- 

nológie, 

RT Middleware 

RT Middleware (Robotics Technology Middleware) predstavuje štandardnú plat- 

formu pre distribuované riadenie. Táto platforma umožňuje prepojenie robotov do 

sietí pomocou RT-objektov. Bližšie špecifikácie štandardov RT-objektov sú defino- 

vané v OMG (Object Management Group). Prevzaté zo stránok RT Middleware 

11

FEI KKUI 

Obr. 2 – 8 Ukážka prepojenia blokov pomocou vizuálneho programovania, kde každý blok má 

svoj vstup a výstup. Vo vnútri bloku sa nastavujú ďalšie potrebné parametre, obrázok prevzatý zo 

stránky MRDS (2006). 

(2011) Medzi jednotlivé RT-objekty môžeme zaradiť: 

• aktuátory, 

• servomotory, 

• kamery, 

• senzory a ďalšie. 

Implementácia RT Middleware: 

• OpenRTM-aist - RT Middleware je realizovaný na základoch CORBA plat- 

formy. Vďaka vlastnostiam CORBA platformy je OpenRTM-aist prístupný 

pre multi-platformné a multi-jazykové prostredia, 

• penRTM.NET - je implementáciu RT Middlewaru na základoch .NET frame- 

worku. 

12

FEI KKUI 

Tabuľka 3 – 1 Súbory pre prácu s Gazebom 

súbor typu xml popis súboru 

*.world obsahuje informácie o svete, v ktorom prebieha simulácia, 

obsahuje nastavenia fyziky, okna aplikácie, 

informácie o použitom modely, kde je uložený 

*.model obsahuje informácie o modely, 

rozmery, stavba modelu a jeho časti a 

umiestnenie vo svete 

3 Práca v simulátore Gazebo 

Pre spustenie simulácie si musíme vytvoriť súbor typu xml s koncovkou *.world a 

*.model. Tieto súbory slúžia na definovanie sveta, v ktorom prebieha simulácia a 

na modelovanie tela robota alebo rôznych iných predmetov, vychádzam prevažne zo 

zdrojov Gazebo svn (2010). Zhrnuté v tabuľke 5 – 1. 

Jazyk XML Dokument typu XML sa skladá z kombinácie značiek a znakov. Značky 

predstavujú štruktúru XML formátu a znaky jeho obsah. Pri vytváraní XML súboru 

sa musia dodržiavať nasledujúce pravidlá, prevzaté zo zdroja XML (1998): 

• každý element XML musí mať začiatočnú aj koncovú značku, 

• dokument XML musí obsahovať jediný pár značiek (skladajúci sa zo začiato- 

čnej a koncovej značky), tzv. koreňový element dokumentu, v ktorom sú všetky 

ostatné elementy vložené. Na koreni nemôže byť viac elementov. 

• počiatočné a koncové značky každého elementu musia byť riadne vnorené, 

vnorený element musí byť celý obsiahnutý vo svojom nadradenom elemente. 

Inými slovami, počiatočné a koncové značky vložených elementov sa nesmú 

prekrývať, ako to bolo povolené v HTML. To zaisťuje hierarchickú štruktúru 

dokumentu XML. 

Ak dokument XML spĺňa tieto pravidlá, potom je správne štruktúrovaný. 

13

FEI KKUI 

Začiatok súboru *.world je tvorený hlavičkou, ktorej tvar je 5 – 2, kde na mieste *** 

môžu byť použité rôzne kľúčové slová, podľa toho, ktoré časti sa použijú vo svete, 

sú to: 

model, senzor, body, joints, geoms, interfaces, rendering, renderable, controler, phy- 

sics, param, ui, windows. 

Krátka charakteristika týchto slov: 

• model - predstavuje použitie konkrétneho modelu v našej simulácii a zahrňuje 

potrebné informácie pre model. Je možné použiť už existujúce modely naprí- 

klad ako Pioneer 2, wizbot, epuck, bandit, alebo vlastný vytvorený model, kde 

celý model je definovaný v tagu 〈model〉. 

• senzor - určuje použitie senzora, ktorý môže byť napríklad základný kamerový 

senzor, SickLMS200 laser senzor, alebo vlastný vytvorený senzor, 

• body - definuje v sebe potrebné časti pre stavbu tela robota, 

• joints - obsahuje definície pre tvorbu kĺbov: Ball Joint, Hinge Joint, Hinge 2 

Joint, Universal Joint, Slider Joint , 

• geoms - predstavuje definície pre stavbu tela Box Geom, Cylinder geom, Height 

map geom, Plane Geom, Ray geom, Sphere geom, Triangle Mesh geom, 

• interface - rozhrania v simulátore, cez ktoré komunikujeme s robotom, naprí- 

klad: simulation, camera, position, graphics3d, laser, fiducial, factory, gripper, 

actarray, 

• controler - slúži na komunikáciu s robotom v simulátore pomocou knižnice 

libgazebo. Každý model má svoj kontrolér a je možné použiť už existujúce, 

ale potom robot musí byť prispôsobený danému kontroléru. Zoznam kontrolé- 

rov: bandit actarray generic camera, controller stub, factory, pioneer2 gripper, 

sicklms200, pioneer2dx position2d, 

• physics - údaje o chovaní sa fyziky v simulátore, pod to všetko spadajú geoms, 

14

FEI KKUI 

joints, ODE. 

3.1 Gazebo modely 

Základné modely, ktoré sú obsiahnuté v balíku sa po inštalácii nachádzajú v adresári 

/ usr / l o c a l / share / gazebo / worlds 

a sú to: 

• bandit.world - robot s trupom a rukami, spojený s pioneer2dx modelom, vďaka 

ktorému sa môže pohybovať po svete, 

• bsp.world - chyba pri načítaní, 

• bumper.world - pioneer2dx robot a laser, 

• epuck single.world - chyba pri načítaní, 

• epuck.world - chyba pri načítaní, 

• federation.world - mapa so stenami, 

• laser.world - chyba pri načítaní, 

• lights.world - ukážka osvetlenia, 

• map.world - podobné ako federation.world, ale väčšia mapa s miestnosťami 

oddelenými stenami a chodbami, 

• openal.world - ukážka so zvukom, 

• pioneer2at.world - štvorkolesové robotické auto, 

• pioneer2dx camera.world - robot pioneer2dx s namontovanou kamerou, 

• pioneer2dx gripper.world - robotické chápadlo, držiak, 

• pioneer2dx.world - vozík pioneer2dx, 

15

FEI KKUI 

• simplecar.world - štvorkolesové auto, 

• simpleshapes.world - model kocky s povrchom, 

• stereocamera.world - chyba pri načítaní, 

• terrain.world - simulácia terénu, 

• trimesh.world - padajúce palety, 

• wizbot.world - vozítko vizbot. 

Nachádza sa tam jeden priečinok models, v ktorom sa nachádzajú modely, ktoré sú 

volané zo súborov *.world: 

• athene.model - problém s meshom, 

• bandit.model, 

• epuck new.model- problém sa resRange, 

• generalshop.model - problém s meshom„ 

• hokuyo-urg-o4l.model - problém s resRange, 

• imu.model - mala zelena kocka, 

• pioneer2at.model, 

• pioneer2dx.model, 

• pioneer2gripper.model, 

• RZR-022.model - problém s meshom, 

• sicklms200.model - laser, 

• simplecar.model - auto, 

• sonyvid30.model - kamera, 

• wizbot.model - robot s dvoma kolesami. 

16

FEI KKUI 

Tieto súbory svetov a modelov sa môžu v niektorých verziách líšiť. Môže pribudnúť 

nový model, starý sa odstráni a podobne. 

Programy, ktoré slúžia na komunikáciu a riadenie modelu sa nachádzajú v priečinku: 

˜/Dokumenty/ svngazebo / gazebo / examples / l i b g a z e b o / 

Nachádzajú sa tu ukážky programov pre 

bandit bumper camera epuck f a c t o r y graphics3d l a s e r openal p o s i t i o n 

s i m i f a c e s t e r e o 

Kompilácia programu v danom priečinku prebieha pomocou cmake takto: 

cmake . 

Po úspešnej kompilácii napíšeme príkaz 

make 

a program by mal byť preložený. 

Ak spustíme Gazebo nasledujúcim príkazom: 

gazebo ∗ . world 

mali by sme byť schopný vidieť zobrazený model, ktorý sa len otvorí v simulácii ale 

nijako inak sa neprejavuje. Až keď spustíme program na jeho ovládanie, tak sme 

schopný vidieť nejaký ten pohyb v simulácii. 

3.2 Vytvorenie sveta v súbore *.world 

Po hlavičke nasleduje ďalšia časť kódu 3 – 3. Toto slovo znamená mnohotvarosť. Blok 

textu physics:ode obsahuje nastavenia fyziky nášho simulovaného sveta. Hodnota erp 

(Joint error and the error reduction parameter) predstavuje parameter chyby pri 

spájaní kĺbov a ich otáčaní. Druhou hodnotou je cfm (Soft constraint and constraint 

force mixing), ktorá keď je rovná 0, spájanie kĺbov alebo trenie medzi nimi bude 

tvrdé. 

17

FEI KKUI 

 

 

Tabuľka 3 – 3 Nastavenia parametra verbosity a parametrov pre ODE. 

5 

 

0.001 

0 0 −9.8 

10e−5 

0.3 

 

Nastavovaním týchto konštánt sa dá dosiahnuť rôznych efektov, ako pórovitý povrch 

kĺbov alebo pružnú väzbu bez oscilácií. Podrobnejší a presnejší opis týchto dvoch 

hodnôt je možné nájsť na stránkach programu ODE (2007). 

Nasledujúca tabuľka 3 – 4 predstavuje časť kódu pre návrh užívateľského okna GUI. 

Návrh pre sledovanie simulácie je nasledovný, nastavia sa rozmery okna a ostáva už 

len určenie polohy kamery vo svete. 

Používa sa skôr spomínaný program pre tvorbu užívateľských grafických okien, 

FLTK. 

Gazebo používa OGRE rendering engine, ktorého definícia začína tagom , 

viď 3 – 5. Hodnotou ambient sa nastavuje okolné svetlo, množstvo okolitého svetla. 

Hodnota sky predstavuje materiál, ktorý bude použitý na simuláciu oblohy. 

18 

. . .

FEI KKUI 

Tabuľka 3 – 4 Nastavenie vykreslenia okna pre Fltk. 

 

f l t k 

800 600 

 

 

 

0.005 0 . 0 0.3 

 

 

 

 

Tabuľka 3 – 5 Údaje potrebné pre OGRE. 

 

0.1 0 . 1 0 . 1 1.0 

 

Gazebo/CloudySky 

 

f a l s e 

 

Ďalšou hodnotou by mohla byť hmla (fog). 

V tabuľke 3 – 6 sa nachádza nastavenie povrchu simulácie. Súradnice xyz a uhol 

sklonu rpy sú nastavené na nulu. Hodnotou static sa nastaví, či je model statický, 

bez pohybu alebo je mu umožnený pohyb, možnosť presunu. V časti body:plane 

name=”plane1 body” sa definuje meno. 

Koeficient trenia je možné nastaviť pomocou mu1 a mu2. Mu1 predstavuje smer 1 

a mu2 smer 2. 

Aby bolo možné vidieť, čo sa počas simulácie deje, je potrebné v simulátore nastaviť 

svetlo 3 – 7. 

19

FEI KKUI 

Tabuľka 3 – 6 Definícia modelu povrchu simulácie. 

 

 

0 0 0 

0 0 0 

true 

 

 

0 0 1 

100000.0 

100000.0 

2000 2000 

10 10 

2000 2000 

Gazebo/GrayGrid 

 

 

 

20

FEI KKUI 

Tabuľka 3 – 7 Nastavenie modelu svetla. 

 

 

0 0 10 

true 

 

f a l s e 

point 

0.5 0.48 0.5 

.1 . 1 .1 

50 

 

0.1 0.01 0.00 

 

 

 

. . . 

 

 

21

FEI KKUI 

Poslednou úlohou je nastavenie modelu, o ktorom budem písať v ďalšej časti. Model 

môžeme vytvoriť v našom súbore *.world, časť 1 v tabuľke 3 – 8, alebo ho načítať 

zo súboru *.model, časť 2 a 3 v tabuľke. V 2 časti sa len načíta súbor obsahujúci 

model a v 3 časti sa predtým ako sa načíta model zo súboru, môžu nastaviť nové 

parametre modelu, ktoré prepíšu tie pôvodné. Vďaka súboru *.model môžu byť 

modely prehľadnejšie uložené. 

Posledný riadok v tabuľke predstavuje ukončenie súboru *.world. 

3.3 Vytvorenie modelu 

Všetky fyzikálne vlastnosti modelu sa nastavujú v tomto súbore, či už ide o pozíciu 

vo svete alebo jeho veľkosť a počet jeho častí. 

Ako ukážku použijem jednoduchý model kvádra, ktorý je možné vložiť do sveta opí- 

saného v predchádzajúcej kapitole spôsobom 1 v tabuľke 3 – 8. 

Model začína tagom , v ktorom sa následne vytvárajú jeho ďalšie časti 

pomocou tagu a , viď tabuľku 3 – 9. Každá časť modelu má svoje 

meno, tak isto ako samotný model. Náš model sa bude nachádzať vo svete na súrad- 

niciach x=-16, y=0 a vo výške z=0 a model nemá žiaden sklon. Parameter statiky 

je nastavený na true, to znamená že je to statický model. 

Po týchto častiach nasleduje definícia tela. Telo nie je posunuté vzhľadom na mo- 

del, preto sú súradnice x=0, y=0, z=0. Hodnota size predstavuje aký veľký má byť 

model. 

Hore uvedená ukážka je len základom tvorby modelov. Modely robotov sa v skuto- 

čnosti skladajú z viacerých častí (body), ktoré sú medzi sebou pospájané a tvoria 

celé telo robota. Niektoré časti sú pohyblivé a ich vzájomné prepojenie je pomocou 

kĺbov. 

Hodnotou mass bol nahradený starší parameter density, ktorou sa počítala hmot- 

nosť modelu. Parameter mass je pri niektorých modeloch nastavený na nulu. Ak 

22

FEI KKUI 

 

Tabuľka 3 – 8 Vkladanie modelu do súboru *.world 

 

. . . 

 

 

 

 

 

 

 

1 0 0.25 

0.0 0 . 0 0.0 

 

l e f t w h e e l h i n g e 

r i g h t w h e e l h i n g e 

 

 

 

 

 

 

 

 

23

FEI KKUI 

Tabuľka 3 – 9 Príklad definície samotného modelu 

 

−16 0 0 

0.0 0 . 0 0.0 

true 

 

0 0 0 

0.0 0 . 0 0.0 

 

unit box 

.2 . 2 .6 

0.5 

0.8 

 

.2 . 2 .6 

0 0 0 

unit box 

Gazebo/ b o x c r e a t e b l u e 

0.8 0 . 8 0.8 

 

 

 

 

24

FEI KKUI 

Tabuľka 3 – 10 Príklad definície kĺbu typu Hinge, ktorý spája dve časti (body) modelu. Anchor 

predstavuje, ktorá časť je hlavná, axis predstavuje v ktorom smere sa bude kĺb otáčať, lowStop a 

highStop sú kladné a záporné možné hodnoty pootočenia kĺbu, erp koeficien trenia. 

FEI KKUI 

3.4 Komunikácia s modelom pomocou kontroléra 

Základom pre komunikáciu s modelom je kontrolér. Kontrolér predstavuje program, 

ktorý zabezpečuje prenos údajov medzi simuláciou a našim programom, viď 3 – 1. 

Obr. 3 – 1 Komunikácia s Gazebom prebieha pomocou knižnice libgazebo, vďaka ktorej nepotre- 

bujeme program Player. Pod libgazebom sa nachádza kontróler pre konkrétny typ modelu, až tak 

sa prepojenie komunikácie dostáva k nášmu programu. 

Kontroléry sa nachádzajú v priečinku 

˜/Dokumenty/ svngazebo / gazebo / s e r v e r / c o n t r o l l e r s / 

Každý z týchto kontrolérov slúži na ovládanie určitého druhu modelu, robota. Tak 

napríklad position kontrolér zabezpečuje pohyb robota pioneer2dx. Je ho možné 

použiť na modely s dvoma kolesami. Kontrolér bandit actarray zabezpečuje komu- 

nikáciu so zadaným počtom kĺbov. 

Model môže mať definovaných viacero kontrolérov, ako napríklad model bandit, 

ktorý predstavuje model trupu s hlavou a rukami a je spojený s modelom pioneer2dx, 

vďaka ktorému má možnosť sa pohybovať vo svete. 

Problémy nastávajú, ak žiaden zo zadaných kontrolérov nespĺňa naše požiadavky. 

Vtedy treba napísať vlastný, alebo upraviť jeden z existujúcich. Bližšie o kontrolé- 

roch sa nachádza na stránke Gazebo svn (2010). 

3.5 Vizuálne prostredie simulátora Gazebo 

Po dokončení návrhu sveta a modela môžeme spustiť simuláciu. Stačí zadať príkaz 

gazebo n a s s v e t . world 

a otvorí sa okno programu Gazebo a spustí sa priebeh simulácie, viď obrázok 3 – 2. 

Jednotlivé očíslované časti okna predstavujú: 

26

FEI KKUI 

Obr. 3 – 2 Okno simulátora Gazebo s prebiehajúcou simuláciou. Zatiaľ len ukážka základného 

modelu, kvádra. Ak model nie je statický, tak sa pri pozastavení simulácie je možné ho premiestniť, 

poprípade otočiť rôznymi smermi. 

1. tlačidla pre spustenie a zastavenie simulácie, kurzor pre pohyb vo svete a 

pomocou ruky je možné premiestňovať model, 

2. predstavuje geometrické tvary, kváder, guľu a valec, ktoré je možné vložiť 

priamo do simulácie, 

3. týmito tlačítkami je možné vložiť ďalšie zdroje svetla, 

4. na tomto mieste si vieme nastaviť uhol pohľadu kamery, alebo sledovanie po- 

hybujúceho modelu, 

5. zoznam modelov vo svete, 

27

FEI KKUI 

6. parametre modelu načítané spolu s modelom, ktoré je možné počas simulácie 

meniť, 

7. poloha kamery v simulátore, 

8. ukazovatele priebehu času simulácie, 

9. náš model vo svete. 

V obrázku je model označený. Označiť model je možné podržaním klávesy ctrl a 

stlačením kurzora na vybraný model. Po označení je možné meniť súradnice modelu 

a ľubovoľne ho premiestňovať vo svete. 

28

FEI KKUI 

4 Praktická časť 

V tejto časti práce je popis skúsenosti s inštaláciou Gazeba, tvorbou modelov a ich 

ovládaním. Taktiež popis postupu pri programovaní, ako sa pripojiť na náš vytvo- 

rený model, ako sním komunikovať a ovládať ho. 

Po úspešnej inštalácii máme prístup k ukážkovým modelom a programom, ktoré 

slúžia na komunikáciu a ovládanie modelov. Po prvej úspešnej inštalácii Gazeba sa 

nepodarilo spustiť všetky modely. Niektoré sa zobrazili, iné sa nezobrazili správne 

a pri ďalších nastali chybové hlásenia od programu Gazebo, po ktorých program 

spadol. Nie všetky modely majú prepísané pre novšie časti Gazeba, pretože v sta- 

rších verziách sa niektoré časti modelov ináč definovali, alebo mohol byť problém na 

strane Gazeba alebo jeho pomocných balíkov. 

Po vyskúšaní SVN verzie sa podarilo spustiť väčšinu modelov, ale aj to záležalo od 

verzie SVN. Horšie je to so zdrojovými súbormi programov, ktoré by mali komuni- 

kovať s modelom, tam sa podarilo preložiť len program openal. 

Na týchto skutočnostiach sme sa pokúsili postaviť model, ktorý by bol podobný 

modelu bandit a bolo by ho možné ovládať jeho kontrolérom, pretože model bandit 

sa nepodarilo pomocou jeho programu ovládať. Niekedy sa stalo, že sa model bandit 

začal nevysvetliteľne hýbať, pravdepodobne sú tam kolízie súradníc, inokedy Gazebo 

hlásilo chybu. 

4.1 Inštalácia programu Gazebo pod systémom Linux 

Inštalácia programu Gazebo je zložitá. Potrebujeme stiahnuť zdrojové súbory prog- 

ramu, následne úspešne kompilovať a tak inštalovať. 

Zložitosť inštalácie závisí prevažne od toho, že je potrebné stiahnuť ďalšie programy 

a knižnice pre úspešný beh Gazeba. Niektoré z týchto programov je tiež potrebné 

najprv zkompilovať, až tak inštalovať. Môže sa stať, že sa v novších verziách niektoré 

časti programov zmenia a spolupráca s Gazebom môže vyvolať rôzne chyby. Vtedy 

29

FEI KKUI 

treba skúsiť nainštalovať staršie verzie, s ktorými môže byť zabezpečená lepšia kom- 

patibilita. 

Gazebo je možné nainštalovať bez programu Player, pretože knižnicou libgazebo sme 

schopný komunikovať s robotom počas simulácie. Ak by sme mali aj hardvérovú časť 

robota, tak pomocou Playera by sme mali byť schopný komunikovať s robotom. Sa- 

mozrejme potrebujeme drivery, ktoré ak nie sú dostupné pre náš robot, tak si ich 

musíme sami napísať pre Playera. 

Program Cmake 

Cmake (Cross-platform make)je viacplatformový program na tvorbu Makefile sú- 

borov, pomocou ktorých sa prekladá náš program. Sú to súbory, ktoré obsahujú 

pravidlá pre kompiláciu programu, ktorý sa môže skladať z množstva zdrojových 

súborov. Tým pádom, že je multiplatformový, vie generovať makefile súbory pod 

Linuxom, pre kompiláciu pomocou make, alebo pre pre Windows MSVC projekty, 

Borland makefile projekty. Pomocou tohoto programu budeme zostavovať Gazebo 

zdrojové súbory a následne kompilovať príkazom make. 

Cmake je možné nainštalovať nasledujúcim spôsobom: 

sudo apt-get install cmake 

Balík pre preklad programov 

Aby sme mohli prekladať zdrojové súbory napísané v jazyku c alebo c++, potrebu- 

jeme stiahnuť balíček build-essential nasledovným spôsobom: 

sudo apt-get install build-essential 

Teraz už môžeme kompilovať zdrojové súbory s príponou c a cc. 

4.1.1 Inštalácia Playera 

Zdrojové súbory programu Player sa nachádzajú na stránke projektu The Player 

project (2011). Samotná inštálácia prebieha nasledovne 4 – 1. 

30

FEI KKUI 

Tabuľka 4 – 1 Inštalácia programu Player verzie 3.0.2, zo zdrojových súborov. 

. / c o n f i g u r e 

make 

sudo make i n s t a l l 

4.1.2 Potrebné balíky a knižnice pre úspešnú inštaláciu Gazeba 

Gazebo 0.10.0 svn verzie sa podarilo nainštalovať pomocou nasledujúcich programov: 

• knižnica Ode 0.11.1, pre simuláciu fyziky modelov, 

• balík Ogre 1.7.1, balík pre 3D vykresľovanie, 

• Fltk 1.1, slúži na vytvorenie grafického okna simulácie, 

• Bullet 2.77, knižnica na detekciu kolízie, 

• Yaml 0.1.3, jazyk pre serializáciu dát, 

• Libxml2, xml syntaktický analyzátor. 

Niektoré z týchto balíkov potrebujú niekoľko ďalších knižníc alebo balíkov. 

Ode 

(Open dynamic engine) predstavuje balík nástrojov, ktorý simuluje fyziku modelov. 

Môžu to byť rôzne autá, objekty, postavy vo virtuálnej realite. 

Inštalácia, viď 4 – 2. je možná zo zdrojových súborov nachádzajúcich sa na stránke 

projektu, alebo z repozitáru Ubuntu, kde sú už pripravené binárne súbory na stia- 

hnutie a inštalácia vyzerá nasledovne: 

sudo apt-get install libode1 libode-dev 

Ogre 

(Object-Oriented Graphics Rendering Engine) je 3D engine vytvorený v jazyku 

C++, orientovaný na kreslenie scenérií. Účelom vytvorenia bola snaha zjednodu- 

31

FEI KKUI 

Tabuľka 4 – 2 Inštalácia balíka Ode, verzia 0.11.1, stránka projektu ODE (2007) 


make 


Tabuľka 4 – 3 Inštalácia balíka zo stránok projektu OGRE (2000), verzia 1.7.1. Na inštaláciu sa 

používa program cmake, v hlavnom adresári je potrebné pred inštaláciou vytvoriť priečinok build, 

v ktorom sa vykonáva kompilácia a inštalácia. 

mkdir b u i l 

cd b u i l d 

cmake . . 

make 


šiť a spraviť viac intuitívnym prácu vývojárov tvoriacich hardvérovo akcelerovanú 

3D grafiku. 

Inštalácia 4 – 3 prebieha zo stiahnutých zdrojových súborov. Je dobré sledovať výstup 

príkazu cmake .. , pretože nám dáva vedieť, aké balíky sú už na systéme nainštalo- 

vané a ktoré chýbajú. Toto všetko sa môže v každej novej verzii meniť a záleží to aj 

od stavu operačného systému. 

Balíky ktoré potreboval program Ogre: 

sudo apt-get install libcppunit-dev libfreetype6-dev libois-dev libois-1.2.0 libqt4-opengl libfreeimage- 

dev libfreeimage3 libboost1.40-dev libboost-signals1.40-dev libboost-thread1.40-dev libtbb-dev libtbb2 

libpoco-dev 

FLTK 

FLTK (1998) (Fast Light Toolkit) je C++ balíček na tvorbu GUI pre rôzne systémy, 

ako Linux, Windows, MacOS. Podporuje 3D grafiku a OpenGL. Je vytvorený ako 

malý a modulárny balík, ktorý môže byť staticky pripojený, ale môže pracovať aj 

ako knižnica. Obsahuje UI builder FLUID, vďaka ktorému je tvorba aplikácii jed- 

32

FEI KKUI 

Tabuľka 4 – 4 Tiež sa používa cmake pri kompilácii. Inštalácia prebiehala zo zdrojových súborov 

zo stránky Bullet (2011), verzia 2.77. Pred kompiláciou treba opraviť hodnotu double precision 

OFF na ON v súbore CMakeLists.txt, pretože Gazebo bude hlásiť chybu. 

noduchá. 

cmake . 

make 


Tabuľka 4 – 5 Stránka projektu YAML (2001), verzia 0.1.2. 


make 

Fltk sa dá nainštalovať týmto spôsobom: 

sudo apt-get install libfltk1.1-dev 

Bullet 


(Bullet Collision Detection & Physics) je knižnicou pre detekciu kolízie a dynamiky 

tuhého telesa. Knižnica je Open source s možnosťou použitia pre komerčné účely. 

Prevzaté zo stránok Bullet (2011). 

Inštalácia prebieha nasledovne 4 – 4. 

Yaml 

Podľa autorov KiKiho, Evansa a Neta môžeme YAML charakterizovať ako jazyk 

pre serializáciu dát. Tento jazyk má za cieľ previesť údaje do čo najlepšej čitateľnej 

podoby pre človeka a aby bola zabezpečená spolupráca s modernými programovacími 

jazykmi. Základom je jednoduché zobrazovanie dát a manipulácia s nimi. Priebeh 

inštalácie 4 – 5. 

Libxml2 

Je to syntaktický analyzátor jazyka XML napísaný v jazyku C, vďaka čomu má 

väčšiu prenositeľnosť na iné systémy. XML je rozšírený značkovací jazyk, určený 

33

FEI KKUI 

Tabuľka 4 – 6 Verzia 0.10.0 je poslednou oficiálnou verziou, novšie sú zatiaľ len svn verzie. 

Kompilujeme a inštalujeme pomocou cmake .., treba sledovať výstup, pretože hlási, ktoré balíky 

alebo knižnice nemáme na systéme nainštalované. 

mkdir b u i l 

cd b u i l d 

cmake . . 

make 


predovšetkým na výmenu údajov medzi aplikáciami. Jazykom XML sa dá opísať št- 

ruktúru dokumentu z hľadiska vecného obsahu a nezaoberá sa vzhľadom dokumentu 

a jeho častí. Stačí stiahnuť knižnicu pomocou apt-get install. 

sudo apt-get install libxml2-dev 

4.1.3 Inštalácia Gazeba na Ubuntu Linux 10.04 

Zdrojové súbory programu Gazebo je možné stiahnuť zo stránky Gazebo (2010). 

Ak ide o verziu svn, čo znamená práve vyvíjaná verzia, je dobré ju stiahnuť do vo- 

pred pripraveného priečinku nasledovne: 

svn co https://playerstage.svn.sourceforge.net/svnroot/playerstage/code/gazebo/ 

Táto verzia ešte nie je finálna, postupne sa v nej opravujú chyby z poslednej oficiál- 

nej verzie a pridávajú nové veci. Nemusí byť všetko dobre odladené a preto nemusí 

správne fungovať. Stalo sa, že pri kompilácii hlásilo problémy vo vlastných zdrojo- 

vých súboroch, ktoré sa nepodarilo nájsť na internete, ale ak sa vyznáme v c++, 

sme schopný niektoré veci vyriešiť priamo v zdrojových súboroch. 

Počas kompilácie sme mali aj takú skúsenosť, kde nám Gazebo nechcel detekovať 

správnu verziu potrebného programu. Problém sa nachádzal v súboroch potrebných 

pre kompiláciu. 

Takže samotná inštalácia by mala prebiehať nasledovne 4 – 6. 

34

FEI KKUI 

4.1.4 Zhrnutie inštalácie 

V tejto kapitole bola snaha o čo najpodrobnejšie vysvetlenie priebehu inštalácie, 

popísanie programov, ktoré bolo potrebné stiahnúť a ich spôsob inštalácie. Poskytnúť 

postrehy a návrhy, ktoré by mohli dopomôcť k úspešnému spusteniu Gazeba. 

Je treba dávať pozor ešte na jednú vec, a to na odinštalovanie či už Gazeba alebo 

jedného z balíkov ktoré potrebuje. Pred novou inštaláciou je potrebné odstrániť celý 

pôvodný program, ktorý sa nahrádza, aby nedošlo ku konfliktom pri volaní programu 

a nevolali sa staré časti programu. 

Na stránkach programu Gazeba sa nachádza gazebo mailing list, v ktorom sú riešené 

dotazy užívateľov Gazeba. Sú tam riešené aj problémy ohľadom inštalácie. Takže aj 

na týchto stránkach je možné nájsť postrehy, ktoré môžu pomôcť pri inštalovaní 

Gazeba. 

4.2 Ukážka ovládania robota v prostredí Gazebo 

Ukážka riadenia bude prebiehať na modely pioneer2dx, ktorý sa nachádza medzi mo- 

delmi Gazeba. Ako už bolo spomenuté v kapitole o modeloch na strane 15, zdrojové 

kódy na ovládanie modelov sa nachádzajú v priečinku: 

˜/Dokumenty/ svngazebo / gazebo / examples / l i b g a z e b o / 

presnejšie pre model pioneer2dx v zložke 

˜/Dokumenty/ svngazebo / gazebo / examples / l i b g a z e b o / p o s i t i o n 

Program pre komunikáciu s pioneer2dx modelom sa nepodarilo úspešne zkompilovať. 

Obsahoval chyby, ktoré sa podarili odstrániť vďaka programu openal, ktorý sa ako 

jediný preložil správne. 

Chyby boli hlásené ohľadom zápisu: 

l i b g a z e b o : : C l i e n t ∗ c l i e n t = new gazebo : : C l i e n t ( ) ; 

l i b g a z e b o : : S i m u l a t i o n I f a c e ∗ s i m I f a c e = new gazebo : : S i m u l a t i o n I f a c e ( ) ; 

l i b g a z e b o : : P o s i t i o n I f a c e ∗ p o s I f a c e = new gazebo : : P o s i t i o n I f a c e ( ) ; 

35

FEI KKUI 

ktorý trebalo prepísať nasledovne: 

l i b g a z e b o : : C l i e n t ∗ c l i e n t = NULL; 

l i b g a z e b o : : S i m u l a t i o n I f a c e ∗ s i m I f a c e = NULL; 

l i b g a z e b o : : P o s i t i o n I f a c e ∗ p o s I f a c e = NULL; 

c l i e n t = new l i b g a z e b o : : C l i e n t ( ) ; 

s i m I f a c e = new l i b g a z e b o : : S i m u l a t i o n I f a c e ( ) ; 

p o s I f a c e = new l i b g a z e b o : : P o s i t i o n I f a c e ( ) ; 

Obr. 4 – 1 Ukážka modelu robota pioneer2dx v prostredí Gazebo. 

4.2.1 Spojenie sa s modelom pomocou nášho programu 

Pre komunikáciu potrebujeme definovať kontrolér. Definícia kontroléru je v tabuľke 

4 – 7. Po spustení modelu príkazom 

gazebo pioneer2dx . world 

sa spustí simulácia a v adresári 

\tmp\ gazebo ∗ 

36

FEI KKUI 

Tabuľka 4 – 7 Definicia kontroléra vrámci modelu pioneer2dx. Názov je controller1. Predposledný 

riadok interface obsahuje názov rozhrania, na ktoré sa budeme pripájať, volá sa position iface 0. 

 

l e f t w h e e l h i n g e 

r i g h t w h e e l h i n g e 

0.39 

0.15 

5 

 

 

sa vytvoria dočasné súbory pre komunikáciu. Z týchto súborov potrebujeme 

• position.pioneer::position iface 0, pre pripojenie sa na position rozhranie, 

• simulation.default, pre rozhranie simulácie. 

Potom nám to už len stačí zapísať v programe nasledovne: 

simIface −>Open( c l i e n t , ” d e f a u l t ” ) ; 

. . . 

p o s I f a c e −>Open( c l i e n t , ” p i o n e e r : : p o s i t i o n i f a c e 0 ” ) ; 

Týmto spôsobom sme sa pripojili na práve simulovaný model. 

4.2.2 Ovládanie modelu 

Po pripojení by sme chceli vidieť, čo môžeme s modelom robiť. Pozreli sme sa bližšie 

na to, ako model pioneer2dx ovládať. Pomocou rozhrania position môžeme komuni- 

kovať s modelom, 

načítať údaje o modely. Pred odoslaním príkazu treba nastaviť ‘uzamknutie‘ a po 

príkaze ‘odomknutie‘ rozhrania: 

p o s I f a c e −>Lock ( 1 ) ; 

//sem píšeme príkaz , ktorý má robot vykonať 

p o s I f a c e −>Unlock ( ) ; 

37

FEI KKUI 

Pri ovládaní modelu sa použili nasledujúce príkazy: 

• posIface- > data- > cmdVelocity.pos.x = hodnota, príkaz udávajúci, ako rýchlo 

sa má model pohybovať a dáva model do pohybu. Ak sa hodnota = 0, model 

stojí, ak hodnota je záporná, tak robot cúva. Ak by sme chceli zistiť rýchlosť 

pohybu robota, je ju možné zistiť pomocou spomenutého príkazu. 

• posIface- > data- > cmdVelocity.yaw = otočenie, príkaz udávajúci, ako rýchlo 

sa má model otočiť okolo svojej osi. Ak je hodnota otočenie kladná, otáča sa 

smerom doľava, ak je hodnota nulová, neotáča sa. 

Bol navrhnutý jednoduchý program, ktorý čaká na príkaz od užívateľa a následne 

pošle požiadavku modelu a ten vykoná akciu. Na obrázku 4 – 2 je vývojový diagram 

programu, slúžiaceho na riadenia modelu pioneer2dx. V Linuxe bolo potrebné použiť 

funkciu na prestavenie odchytávania kláves, aby nebolo potrebné stláčať enter a 

program bežal neustále popri kontrole stlačenia klávesy. 

4.3 Ukážka vytvoreného modelu v prostredí Gazebo 

Po oboznámení sa s Gazebom a preštudovaní návodov na ich stránkach a modeloch 

sa podarilo spraviť jednoduchý model pomenovaný trup. Tento model sa skladá z 

piatich častí a troch kĺbov typu Hinge. Je to zjednodušený model trupu, s dvoma 

rukami a podstavcom, na ktorom je postavený. Na ďalšom obrázku 4 – 4 je ukážka 

pohybu rukou. 

4.3.1 Prvé kroky pri tvorbe modelu 

Pri tvorbe modelu v Gazebo sme vychádzali zo základov. Najprv bola vyskúšaná 

jednoduchú krabicu, podľa návodu Gazebo svn (2010) pre svn verzie. Problém na- 

stal pri spustení. V simulátore sa nič neobjavilo. Bolo potrebné doplniť model o časť 

. Teraz už všetko fungovalo. 

38

FEI KKUI 

Obr. 4 – 2 Zjednodušený vývojový diagram programu ovládajúceho robota pioneer2dx v prostredí 

Gazebo. 

Pri tvorbe vlastného modelu sme sa inšpirovali modelom bandit a pokúsili sa postaviť 

podobný model, ktorého ruky by bolo možné ovládať pomocou bandit kontroléra. 

Ak tvoríme model, môže byť nápomocný tag , ktorý keď sa nastaví na 

true, tak sa vo svete daný model nepohne. Vtedy lepšie vidíme, ako sa nám podarilo 

jednotlivé časti pospájať, alebo môžeme meniť súradnice častí modelu, pokiaľ nám 

nevyhovujú. O zmene parametrov je písané v kapitole na strane 26, presnejšie 6. 

časť okna simulácie. 

Prvá vec bola spraviť podstavec a telo (trup). Všetko toto vrámci jedného tagu 

, pričom časti trup a podstavec by boli v tagu . Výsledok mal byť 

ako na obrázku 4 – 5 Ale model sa správal neadekvátne tomuto scenáru. Namiesto 

toho nevysvetliteľne poletoval v simulácii, ukázané na obrázku 4 – 6. Pomocou tagu 

39

FEI KKUI 

Obr. 4 – 3 Prvý úspešný model, ktorého ramená sa ovládajú pomocou kontroléra určeného pre 

bandit.model. V tomto modely ide o jednoduché ovládanie oboch ramenných kĺbov. 

Obr. 4 – 4 Sled obrázkov ukazujúcich pohyb ruky. 

sa podarilo nájsť chybu, kvôli ktorej dochádzalo ku kolízii. Hrúbka pod- 

stavca modelu je z=0.1. V simulácii však bola len z=0.05, polovička podstavca sa 

nachádzala v kladnej časti osi z, druhá polovica v zápornej. Preto bolo potrebné 

nastaviť parameter modelu z na hodnotu z=0.05. Potom už nedochádzalo ku kolízii. 

40

FEI KKUI 

Obr. 4 – 5 Prvé kroky pri tvorbe modelu. Model má nastavený parameter static na true, vďaka 

čomu stojí a nedochádza ku kolízii. 

Obr. 4 – 6 Pri parametry static nastaveného na false sa model správa nevysvetliteľne. Neobjaví 

sa na našich zvolených súradniciach, ale po objavení nastáva kolízia súradníc. Snímky sú spravené 

pomocou Gazeba, kde v záložke FILE je možnosť zaškrtnúť políčko SAVE FRAMES, vďaka čomu 

bude zachytávať sled obrázkov zo simulácie. Nachádza sa chyba pri snímkovaní, pretože obraz je 

zakryvený. 

4.3.2 Stavba modelu 

Ako už bolo spomenuté, výsledný model sa skladá z dvoch rúk, ramena, trupu a 

podstavca, bližšie je to znázornené na obrázku 4 – 7. Tag sa skladá zo 

41

FEI KKUI 

štyroch častí typu body, a to: 

• dolnacast body, 

• ramena body, 

• ruka body, 

• ruka2 body. 

Obr. 4 – 7 Celý obrázok predstavuje súbor sveta *.world, v ktorom sú definované jeho časti. V 

obrázku sú znázorniť jednotlivé časti celého sveta a modelu, ako sú usporiadané v súbore a ktorá 

časť obsahuje ďalšiu časť. 

Každá časť body má ďalšiu časť geom, spolu je ich 5: 

42

FEI KKUI 

• podstavec geom, 

• dolnacast geom, 

• ramena geom, 

• ruka goem, 

• ruka2 geom. 

Časť dolnacast body sa skladá z dvoch geom. Zvyšok sveta je rovnaký ako bol opi- 

sovaný v kapitole o vytvorení súboru world na strane 17. 

Na spájanie jednotlivých častí tela sa použili kĺby. 

• kĺb1, spojenie ramena s rukou, 

• kĺb2, spojenie druhej ruky s ramenom, 

• drz1, prepojenie ramien a dolnej časti, 

Rozsah voľnosti kĺbov je od -90 do 90 stupňov. Kĺb drz1 je nastavený ako nepo- 

hyblivý, základom je aby spojil ramena s telom. Týmto spôsobom sa podarilo spojiť 

časti typu . Ak by ramena boli súčasťou ako , nedalo by sa 

spojiť ruky s ramenami pomocou kĺbu, pretože kĺb spája časti typu body. Definície 

jednotlivý kĺbov sú v tabuľke 4 – 8 

4.3.3 Ovládanie modelu 

Základom ovládania je kontrolér. Pre tento model bolo možné použiť už existujúci 

kontrolér bandit actarray, ktorý je určený na riadenie kĺbov, ale trebalo pozmeniť 

hodnotu počtu kĺbov v súbore Bandit Actarray.hh, presnejšie hodnotu jointcnt na 

2, pretože boli hlásené chyby ohľadom modelu a kontroléra. 

#d e f i n e JOINTCNT 2 

V modely si definujeme kontrolér podľa 4 – 9. 

43

FEI KKUI 

Tabuľka 4 – 8 Definícia kĺbov klb1 a klb2. Je vidieť ktoré časti typu body sa spájajú, a ktorá je 

použitá ako kotva. V axis sa v ktorom smere sa bude kĺb otáčať a lowstop spolu s hightstop určujú 

rozsah stupňov otáčania. 

 

ramena body 

ruka body 

ramena body 

0 0 0 

0 1 0 

−90 

90 

0 

 

 

ramena body 

ruka2 body 

ramena body 

0 0 0 

0 1 0 

−90 

90 

0 

 

44

FEI KKUI 

Tabuľka 4 – 9 Definícia kontroléra vrámci modelu. Názov je bandit controller, a nasledujú jed- 

notlivé kĺby. Tieto hodnoty budú predané kontroléru bandit controller, aby vedel ktoré časti sa 

riadia. Na predposlednom riadku je názov rozhrania, na ktoré sa pripájame naším programom. 

Kontroléru sa predávajú len dve pohyblivé kĺby, klb1 a klb2. 

 

 

1 

1 

 

 

1 

1 

 

 

 

4.3.4 Komunikácia s modelom pomocou programu 

Program na riadenie modelu komunikuje s kontrolérom pomocou rozhrania. V našom 

prípade rozhrania bandit actarray iface. Ďalej je potrebné pripojenie aj na ďalšie ro- 

zhrania a to simulation interface. Posledná vec, ktorú treba zabezpečiť je spojenie 

s libgazebo serverom. Tento server nám zabezpečuje komunikáciu s Gazebo simulá- 

torom, bližšie popísané na strane 26. 

Ukážka pripojenia sa na model pomocou nášho programu je na obrázku 4 – 10. Pri 

komunikácii s Gazebom si libgazebo server vytvorí dočasné súbory v adresári 

/tmp/gazebo*, pomocou ktorých sa komunikuje so serverom. 

Pre nami použitý kontrolér to bude súbor moj actarray iface. Posielanie príkazu na 

natočenie kĺbu vyzerá nasledovne: 

a c t a r r a y I f a c e −>data−>cmd pos [ 0 ] = DTOR( 1 0 ) ; , 

kde cmd pos je pole kĺbov robota, v našom prípade cmd pos[0] predstavuje kĺb1. 

DTOR je funkcia, ktorou sa prepočítavajú stupne na radiány, ktoré sú predávané 

kontroléru. 

45

FEI KKUI 

Tabuľka 4 – 10 Ukážka zo zdrojového súboru. Vytvoríme nový objekt client, simIface a actar- 

rayIface. Pomocou objektu client sa pripájame na libgazebo server, pomocou zvyšných dvoch na 

rozhrania simulation a actarray interaface. Pri pripájaní na actarray rozhranie treba použiť meno 

z definície kontroléra v našom modely 4 – 9, ktorý sa volá moj actarray iface. 



a c t a r r a y I f a c e = new l i b g a z e b o : : A c t a r r a y I f a c e ( ) ; 

. . . 

c l i e n t −>ConnectWait ( s e r v e r I d , GZ CLIENT ID USER FIRST ) ; 

. . . 


. . . 

a c t a r r a y I f a c e −>Open( c l i e n t , ” t e l o : : m o j a c t a r r a y i f a c e ” ) ; 

. . . 

46

FEI KKUI 

5 Analýza možnosti tvorby modelu robota Nao v 

prostredí Gazebo 

V tejto kapitole sa pokúsime pozrieť na možnosti spolupráce Gazeba a robota Nao, 

ako by mohla prebiehať tvorba modelu, z čoho vychádzať a akým spôsobom by 

mohla byť zabezpečená komunikácia. 

5.1 Krátka špecifikácia robota Nao 

Robot Nao je humanoidným autonómnym robotom firmy Aldebaran robotics (2011). 

Používa sa vo výskume a aj ako náhrada za robotického psa Aibo v robotickom 

futbale Robocup. 

Prvá verzia sa objavila roku 2005. Až roku 2008 sa objavila akademická verzia pre 

univerzity. Verzia pre domáce prostredie by mala byť uvoľnená v roku 2012. 

Nao pre Robocup má 21 stupňov, akademická verzia až 26. Nao obsahuje: 

• 4x sonar, 

• 2x kamera, 

• 2x reproduktor, 

• 4x mikrofón, 

• infračervený vysielač a prijímač. 

Programovať je možné v rôznych jazykoch ako: 

• c, 

• c++, 

• Python, 

• Urbi, 

47

FEI KKUI 

• .net. 

Obr. 5 – 1 Humanoidný robot Nao. Obrázok prevzatý zo stránky upload.wikipedia.org (2011) 

Pri programovaní sa používa softvér spoločnosti Aldebaran Robotics, ktorý sa volá 

Choreographe. V tomto programe prebieha ovládanie Naa spájaním blokov. Každý 

blok tvorí úsek kódu, ktorý sa vykonáva. Z týchto blokov je možné volať vlastné 

moduly, ktoré si môžeme naprogramovať. S robotom Nao je možné komunikovať 

prostredníctvom bezdrôtového prepojenia Wifi. 

5.2 Pohľad na časti tela Naa 

Pri tvorbe modelu môžeme vychádzať z Nao SDK balíka. Nachádzajú sa tam pod- 

robne popísané a rozobrané jednotlivé časti tela ako napríklad, aké uhly môžu jed- 

notlivé kĺby opisovať, aká je hmotnosť jednotlivých častí. 

V sekciách 

• HARDWARE - popísaná hmotnosť tela, rúk a nôh, uhly otáčania kĺbov a 

hmotnosti častí tiel, 

• MOTION - popis pohybu Naa a jednotlivých jeho častí. 

Vďaka týmto dostupným údajom by malo byť možné zostrojiť model Naa. Jediná 

vec čo nám chýba sú rozmery jednotlivých častí tela, o ktorých bude písané neskôr. 

48

FEI KKUI 

Tak napríklad na obrázku 5 – 2 je vidieť, ako pracujú kĺby na ľavej nohe, že nohy 

robota majú päť stupňov voľnosti. Popis kĺbov a rozsah stupňov je v tabuľke 5 – 1 . 

Obr. 5 – 2 Ľavá noha robota Nao, obrázok ukazuje počet kĺbov a hodnoty uhlov, ktoré vedia 

dané kĺby opísať. Obrázok pochádza z SDK pre robota Nao verzie 3.3, zdroj Aldebaran robotics 

(2011). V SDK sa nachádzajú nákresy aj pre ostatné časti tela Naa. 

V sekcii HARDWARE sa nachádza časť masses, kde sú hodnoty hmotností jednot- 

livých častí robota Nao, kĺbov, častí rúk aj nôh udávané v gramoch, zoznam je v 

tabuľke 5 – 2 . 

Na stránkach projektu Simspark (2011) v sekcii modely sa nachádzajú rozmery ro- 

bota Nao, viď obrázok 5 – 3, ktoré sú použité simulátor Simspark. 

5.3 Možnosti tvorby modelu a komunikácie s Naom v pro- 

stredí Gazebo 

Pri modelovaní Naa v Gazebo simulátore očakávame, aby bol schopný chôdze. Z 

tejto podmienky by mali základ modelu tvoriť nohy. Trup by mohol predstavovať 

kváder adekvátnej veľkosti a hmotnosti hornej časti Naa. Poslednou časťou by ostala 

horná časť s rukami, ktoré by už potom nemal byť problém dorobiť. 

49

FEI KKUI 

Tabuľka 5 – 1 V tabuľke sú pomenované jednotlivé kĺby a ich rozsah v stupňoch. Pri panve 

LHipYawPitch a RHipYawPitch sú ovládané jedným motorom, takže ich nie je možné ovládať 

nezávisle. Údaje pochádzajú z Nao SDK. 

Časť tela názov pohyb v osi rozsah stupňov 

Hlava HeadYaw Z od -119.5 do 119.5 

HeadPitch Y od -38.5 do 29.5 

Pravá ruka RShoulderPitch Y od -119.5 do 119.5 

RShoulderRoll Z od -76 do 18 

RElbowYaw X od -119.5 do 119.5 

RElbowRoll Z od 2 do 88.5 

RWristYaw X od -104.5 do 104.5 

Ľavá ruka LShoulderPitch Y od -119.5 do 119.5 

LShoulderRoll Z od -18 do 76 

LElbowYaw X od -119.5 do 119.5 

LElbowRoll Z od -88.5 do -2 

LWristYaw X od -104.5 do 104.5 

Panva* LHipYawPitch Y-Z 45 od -65.62 do 42.44 

RHipYawPitch Y-Z 45 od -65.62 do 42.44 

Ľavá noha LHipRoll X od -21.74 do 45.29 

LHipPitch Y od -101.63 do 27.73 

LKneePitch Y od -5.29 do 121.04 

LAnklePitch Y od -68.15 do 52.86 

LAnkleRoll X od -44.06 to 22.79 

Pravá noha RHipRoll X od -42.30 do 23.76 

RHipPitch Y od -101.54 do 27.82 

RKneePitch Y od -5.29 do 121.47 

RAnklePitch Y od -67.97 do 53.40 

RAnkleRoll X od -22.27 to 45.03 

50

FEI KKUI 

Tabuľka 5 – 2 V tejto tabuľke sa nachádzajú údaje hmotnosti jednotlivých častí robota v gramoch. 

Údaje pochádzajú z Nao SDK. 

Časť tela váha v gramoch 

NAO 4996 

Trup 1039.48 

Krk 59.30 

Hlava 520.65 

Pravé rameno 69.96 

Pravý biceps 123.09 

Pravý lakeť 59.71 

Pravé motorizované predlaktie 77.24 

Pravá motorizovaná ruka 166.53 

Pravá nemotorizovaná ruka 185.00 

Pravá panva 71.17 

Pravý bok 135.30 

Pravé stehno 394.21 

Pravá holenná kosť 291.59 

Pravý členok 138.92 

Pravá noha 161.75 

51

FEI KKUI 

Obr. 5 – 3 Obrázok ukazuje rozmery jednotlivých častí tela robota Nao. Tento model je použitý 

v simulátore Simspark, zdroj Simspark (2011). Simspark je multi-agentový simulátor pre simuláciu 

v 3D prostredí. Používa sa ako oficiálny 3D server pre Robocup. 

Stavba tela 

Pri vychádzaní z nákresov Naa z obrázka 5 – 3, môžeme pri tvorbe použiť základ 

modelu typu box. 

 

. . . 

 

. . . 

 

. . . 

 

52

FEI KKUI 

 

 

Horeuvedená schéma môže byť použitá pri tvorbe všetkých častí tela Naa. 

Pri spájaní častí tela môžu byť použité kĺby typu: 

• Hinge - kĺb s jedným stupňom voľnosti, 

• Hinge2 - kĺb s dvoma stupňami voľnosti, 

• Ball - guľový kĺb, naskytá sa možnosť použitia aj tohoto kĺbu, ale to by bolo 

dobré porovnať vrámci modelu, či je lepší tento typ kĺbu ako Hinge2. 

Ak vychádzame z nákresov 5 – 2 môže byť použitie kĺbov nasledovné: 

• bedro má dva stupne voľnosti - možnosť použitia kĺbu typu Hinge2 alebo Ball, 

• kolenný kĺb s jedným stupňom voľnosti - použitie kĺbu typu Hinge, 

• členkový kĺb s dvoma stupňami voľnosti - použitie kĺbu typu Hinge2 alebo 

Ball. 

Riadenie modelu 

Každý model má svoj kontrolér, ktorým je riadený. Gazebo obsahuje niekoľko kon- 

trolérov, ale neobsahuje kontrolér pre chôdzu. 

V rámci simulácie treba zabezpečiť: 

• riadenie kĺbov modelu, 

• riadenie pohybu modelu. 

Pri riadení kĺbov modelu sa naskytá možnosť použitia kontroléra pre model bandit 

menom actarray, ktorý bol aj odskúšaný pri modely trup. Tento kontrolér spolupra- 

cuje s kĺbmi typu Hinge. Pre prípad Hinge2 alebo Ball bude pravdepodobne treba 

zásah do kontroléra actarray. 

Pre riadenie pohybu modelu v simulácii by bolo potrebné naprogramovať vlastný 

kontrolér, ktorý by mohol vychádzať z kontroléra position pre model pioneer2dx. 

53

FEI KKUI 

Z čisto teoretického hľadiska by aj model mohol kráčať bez tohoto kontroléra, ak by 

sa pohybom kĺbov a vplyvom fyziky podarilo zabezpečiť pohyb. 

Prepojenie simulácie s reálnym Naom 

Načrtajú sa dve možnosti prepojenia modelu Nao s reálnym robotom: 

• bez programu Player, kedže Gazebo simulátor má vlastnú knižnicu libgazebo 

pre interakciu s modelom. Náš program môže pomocou kontroléra komuniko- 

vať s Gazebom cez libgazebo knižnicu, kde vrámci tohoto programu by bola 

zahrnutá aj komunikácia s reálnym Nao robotom, 

• s programom Player, ktorý sa správa ako server. Nao by komunikoval s Player 

serverom pomocou TCP protokolu a predával mu aktuálne informácie o po- 

hybe robota, následne Player by ich predával ďalej programu Gazebo, kde by 

prebiehala simulácia. 

Tvorba modelu robota Nao v prostredí Gazebo nemusí byť jednoduchá. Je potrebné 

sa dobre oboznámiť s Gazebom a ako tento simulátor funguje. Tvorba a spájanie 

jednotlivých častí modelu by mala byť tá jednoduchšia časť. Zložitejšou časťou je 

vytvorenie vlastného kontroléra pre robota, ktorý bude komunikovať s modelom. 

54

FEI KKUI 

6 Záver (zhodnotenie riešenia) 

Táto práca sa zaoberá softvérovým prostredím Player-Stage-Gazebo, konkrétne 3D 

simulátorom Gazebo. Ako prebieha inštalácia a práca v programe, ako sa tvoria 

modely robotov a možnosti ich riadenia a komunikácie. 

V časti inštalácie je čo najpodrobnejší návod, ako úspešne nainštalovať tento prog- 

ram. Nachádzajú sa tam popísané problémy, s ktorými sme sa stretli a postrehy pri 

inštalácii. Inštalácia programu Gazebo nie je triviálna. Je potrebné stiahnuť ďalšie 

balíky programov a knižníc, ktoré Gazebo na svoj beh využíva. Vyskytujú sa rôzne 

scenáre, pri ktorých niektoré komponenty sa inštalujú ľahšie, iné potrebujú zásah 

napríklad v súboroch pre kompiláciu programu. Rady a postrehy pri inštalácii je 

možné nájsť aj na internete, presnejšie na stránkach programu, kde sa nachádza aj 

emailová komunikácia medzi tvorcami softvéru a jeho užívateľmi. Riešia sa tam aj 

problémy ohľadom behu samotnej simulácie a práce v nej. 

Inštaláciu lepšie zvláda užívateľ pracujúci v systéme Linux, ktorý už má pravdepo- 

dobne nadobudnuté väčšie skúsenosti. Výhoda softvéru Player-Stage-Gazebo je tom, 

že je to open-source projekt, máme prístup k zdrojovým súborom programu a máme 

možnosť meniť časti programu podľa našich predstáv, to znamená, že si môžeme 

simulátor prispôsobiť našim požiadavkám. 

Následne sme sa zaoberali tvorbou modelu a komunikácie s modelom v simulácii. 

Rozobrali sme základ tvorby modelu a chyby, ktoré môžu nastať, ako postupovať 

pri tvorbe vlastného modelu. Je priblížená komunikácia s modelom, ako prebieha 

pripojenie na model a vytvorili jednoduché ukážky riadenia modelu. 

V poslednej kapitole je analýza možnosti tvorby modelu robota Nao v prostredí 

Gazebo, čo by nám mohlo pomôcť pri tvorbe, ktoré časti modelov z Gazeba vieme 

využiť a ktoré by bolo treba vytvoriť. 

55

FEI KKUI 

Literatúra 

The Player project. 2011, 

http://playerstage.sourceforge.net/index.php?src=index 

http://sourceforge.net/projects/playerstage/files/ 

Stage. 2011, 

http://playerstage.sourceforge.net/index.php?src=stage 

Gazebo. 2011, 

http://playerstage.sourceforge.net/index.php?src=gazebo 

Gazebo svn verzia. 2010, 

http://playerstage.sourceforge.net/doc/Gazebo-manual-svn- 

html/tutorial model.html 

Gazebo zdrojové súbory. 2010, 

http://sourceforge.net/projects/playerstage/files/ 

Koenig, N. Howard, A. 2004, 

Design and Use Paradigms for Gazebo, An Open-Source Multi-Robot Simulator 

Kranz, M. Rusu, R. B. Maldonado, R. A. 2006, A Player/Stage System for Context- 

Aware Intelligent Environments 

Blender for robotics. 2011, 

http://wiki.blender.org/index.php/Robotics:Contents 

http://people.mech.kuleuven.be/ bruyninc/blender/roadmap.html 

Skupina agentov. 2006, 

http://www.spiderland.org/node/14, http://www.spiderland.org/ 

lpzrobotics. 2010, 

http://robot.informatik.uni-leipzig.de/software/ 

http://www.informatik.uni-leipzig.de/ifi/fileadmin/Bilder/RoboticsGroup/wrestling.jpg 

56

FEI KKUI 

Rototics operating system (ROS). 2011, 

http://www.ros.org/wiki/Robots 

http://en.wikipedia.org/wiki/ROS (Robot Operating System) 

http://www.willowgarage.com/pages/software/ros-platform 

Open dynamics engine (ODE). 2007, 

http://www.ode.org/ 

http://opende.sourceforge.net/wiki/index.php/Manual (Concepts)# 

Soft constraint and constraint force mixing .28CFM.29 

Rover. http://playerstage.sourceforge.net/wiki/GazeboUsers. 

Correal, R. 2008, 

Experiences in Producing a Preliminary Navigation OBSW Prototype for the Exo- 

mars Rover Based on EDRES 

Microsoft robotics developer studio. 2006, 

http://i.msdn.microsoft.com/Bb483094.CompletedAction(en-us,MSDN.10).png 

http://en.wikipedia.org/wiki/Microsoft Robotics Developer Studio 

RT Middleware. 2011, 

http://en.wikipedia.org/wiki/RT middleware 

Object-Oriented Graphics Rendering Engine (ODE). 2000, 

http://www.ogre3d.org. 

Fals Light Toolkit. 1998, 

http://www.fltk.org/ 

Bullet. 2011, 

http://bulletphysics.org/wordpress/ 

YAML. 2001, 

www.yaml.org 

57

FEI KKUI 

Libxml2. 2001, 

http://xmlsoft.org/ 

XML. 1998, 

http://sk.wikipedia.org/wiki/XML 

http://www.totalxml.net/history-xml.php 

Cmake. 1999, 

http://www.cmake.org/ 

Aldebaran robotics. 2011, 

http://www.aldebaran-robotics.com/ 

Gerkey, B. Vaughan, T. R. Howard, A. 2003, 

”The Player/Stage Project: Tools for Multi-Robot and Distributed Sensor Sys- 

tems”. In Proceedings of the 11th International Conference on Advanced Robotics 

(ICAR 2003), pages 317-323, Coimbra, Portugal, June 2003. 

Gergey, B. Stoy, K. Vaughan, T. R. 2011, 

”Player Robot Server”. Technical Report IRIS-00-392, Institute for Robotics and 

Intelligent Systems, School of Engineering, University of Southern California, No- 

vember 2000. 

Program Choregraphe. 2011, 

http://dkor.files.wordpress.com/2012/04/web aldebaran 

choregraphe firstprogram.png?w=600&h=416 

Nao robot. 2011, 

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/c3/Nao humanoid 

robot.jpg/800pxNao humanoid robot.jpg 

Simspark. 2011, 

http://simspark.sourceforge.net/wiki/index.php/Models 

Bodnár, E. 2009, 

58

FEI KKUI 

Riadenie chôdze robota Aibo s využitím neurónových sietí. Bakalárska práca. Ko- 

šice : Technická univerzita v Košiciach, Fakulta elektrotechniky a informatiky 

59

Zoznam príloh 

Príloha A CD médium - diplomová práca v elektronickej podobe , prílohy v elek- 

tronickej podobe, zdrojové súbory a súbory modelov. 

Príloha B Systémová príručka 

Príloha C Používateľská príručka

FEI KKUI 

7 Príloha B 

Funkcia programov 

Prvý program pioneer.cc slúži na riadenie modelu pioneer2dx, ktorý je súčasťou 

softvéru Gazebo. Druhý program trup.cc slúži na riadenie robota s trupom. 

Program pioneer.cc sa pokúsi nadviazať spojenie s programom Gazebo. Po úspe- 

šnom pripojení máme možnosť ovládania modelu pioneer2dx. 

Program trup.cc sa pripája na druhý model s trupom, taktiež nám umožňuje ovlá- 

danie modelu, presnejšie jeho rúk. 

Požiadavky na technické prostredie 

Programy bežia pod systémom Linux, presnejšie boli testované na systéme Ubuntu 

10.04. Na preklad programu potrebujeme prekladač Cmake. 

Program pioneer Program sa skladá z jedného súboru pioneer.cc. Tento súbor má 

na starosti pripojenie sa na model a komunikáciu s modelom. 

Preklad programu 

Program pioneer sa nachádza v adresári pioneer spolu so súbormi pre kompiláciu. 

Kompilácia programu prebieha príkazmi nasledovne: 

cmake . 

a následne 

make 

Týmto spôsobom dostávame spustiteľný súbor pioneer. Pri kompilácii sa používajú 

make súbory Gazeba. 

Popis častí programu 

inštancie: 

• client, 

• simIface, 

61

FEI KKUI 

• posIface. 

rozhrania: 

• SimulationIface - rozhranie simulácie, 

• P ositionIface - rozhranie pre zmenu pozície. 

funkcie: 

• changemode - zmena módu konzoly, 

• kbhit - zistenie stlačenia klávesy. 

Pripojenie na simuláciu 

Táto časť programu ukazuje spôsob nadviazania komunikácie s Gazebom. 

l i b g a z e b o : : C l i e n t ∗ c l i e n t = NULL; 

l i b g a z e b o : : S i m u l a t i o n I f a c e ∗ s i m I f a c e = NULL; 

l i b g a z e b o : : P o s i t i o n I f a c e ∗ p o s I f a c e = NULL; 



p o s I f a c e = new l i b g a z e b o : : P o s i t i o n I f a c e ( ) ; 

i n t s e r v e r I d = 0 ; 

std : : cout

FEI KKUI 

} 


catch ( std : : s t r i n g e ) 

{ 

} 

std : : cout

FEI KKUI 

• posIface->data->cmdVelocity.pos.x = hodnota; - udáva robota do pohybu 

rýchlosťou hodnoty hodnota, ak je záporná, robot cúva, 

• posIface->data->cmdVelocity.yaw = otocenie; - rýchlosť otáčania robota udá- 

vaná hodnotou otocenie, ak je záporná, otáča sa doprava. 

Algoritmus riadenia 

V tejto časti programu prebieha samotné riadenie. Je riešené tak, že program čaká 

na stlačenú klávesu a vyhodnocuje ju. Kvôli tejto časti sú použité funkcie kbhit a 

changemode, ktoré majú na starosti prepínanie módu konzoly, aby bolo možné hneď 

reagovať na stlačenú klávesu, bez nutnosti stlačenia ENTER. 

Riadenie: 

changemode ( 1 ) ; / / zmena modu k o n z o l i kvoly odchytavaniu k l a v i e s 

while ( znak != ’q ’ ) / / p o k i a l sa n e s t l a c i q pre ukoncenie programu 

{ 

} 

while ( ! kbhit ( ) )// p o k i a l n i e j e s t l a c e n a k l a v e s a 

{ 

changemode ( 0 ) ; / / n a s t a v e n i e zmeny modu k l a v e s na povodny 

kvoly n a c i t a n i u hodnot 

switch ( znak )// vyhodnotenie k l a v e s n i c e a predanie prikazu 

{ . . . } 

r i a d e n i a modelu 

changemode ( 1 ) ; / / zmena modu k o n z o l i kvoly odchytavaniu k l a v i e s 

znak = getchar ( ) ; / / z i s t i s t l a c e n u klavesu 

switch ( znak )// vyhodnotenie klavesy a n a s t a v e n i e pre cast , p o k i a l n i e j e 

{ . . . } s t l a c e n a k l a v e s n i c a 

changemode ( 0 ) ; / / n a s t a v e n i e modu k l a v e s na povodny 

Program trup 

Taktiež sa skladá z jedného súboru trup.cc, ktorý má na starosti pripojenie a komu- 

nikáciu s modelom. 

Preklad programu 

Program trup sa nachádza v adresári trup spolu so súbormi pre kompiláciu. Kom- 

64

FEI KKUI 

pilácia programu prebieha príkazmi nasledovne: 

cmake. 

a následne 

make 

Týmto spôsobom dostávame spustiteľný súbor trup. Pri kompilácii sa používajú 

make súbory Gazeba. 

Popis častí programu 

inštancie: 

• client, 

• simIface, 

• actarrayIface. 

rozhrania: 

• SimulationIface - rozhranie simulácie, 

• ActarrayIface - rozhranie pre zmenu hodnôt kĺbov. 

funkcie: 

• DTOR - prevod stupňov na radiány, 

• RTOD - prevod radiánov na stupne. 

Pripojenie na simuláciu 

Pripojenie je rovnaké ako pri programe pioneer, pridáva sa nová časť pre pripojenie 

na ActarrayIface a odpadá časť pre PositionIface. 

try 

{ 

} 

a c t a r r a y I f a c e −>Open( c l i e n t , ” t e l o : : m o j a c t a r r a y i f a c e ” ) ; 

catch ( std : : s t r i n g e ) 

{ 

std : : cout

FEI KKUI 

} 

Unlock ( ) ; / / po p r i k a z e 

Príkazy riadenia: 

• actarrayIface->data->cmd pos[i] = DTOR(klb); - kde hodnota i predstavuje 

poradové číslo kĺbu robota. 

Algoritmus riadenia 

Po pripojení sa na náš model, program čaká na pokyn. Ak sa zadá klávesa q, ukončí 

sa program, ak klávesa 1 alebo 2, nastáva riadenie kĺbov. 

while ( znak != ’q ’ ) / / ak s t l a c e n e q , ukoncit program 

{ 

} 

i n t i , klb ; 

std : : cout znak ; 

i f ( znak != ’q ’ ) 

{ 

} 

i f ( znak == ’1 ’) i =1; 

e l s e i =2; 

std : : coutklb ; / / n a c i t a n i e hodnoty klbu 

a c t a r r a y I f a c e −>Lock ( 1 ) ; 

a c t a r r a y I f a c e −>data−>cmd pos [ i −1] = DTOR( klb ) ; / / p r i k a z pre n a t o c e n i e klbu 

a c t a r r a y I f a c e −>Unlock ( ) ; 

66

FEI KKUI 

Záver 

Programy trup a pioneer je možné nájsť v prílohe na CD v priečinku s rovnakým 

názvom. Na CD prílohe sa nachádza aj balíček zdrojových kódov programu Gazebo 

a vytvorený model trup. 

67

FEI KKUI 

8 Príloha C 

Funkcia programov 

Program trup riadi model trupu s rukami, program pioneer slúži na riadenie mo- 

delu pioneer. Oba programy bežia pod systémom Linux. Program pre riadenie 

modelu trup 

Pred spustením samotného programu treba otvoriť simuláciu modelu trup, ktorý sa 

nachádza v tom istom priečinku ako náš program a volá sa trup.model. 

Model spustíme nasledovným spôsobom: 

gazebo trup . model 

Po tomto príkaze sa nám spustí okno simulácie zobrazené na obrázku 8 – 1 . 

V priečinku trup sa nachádza program trup, ktorý spustíme po otvorení simulácie, 

aby sa vedel pripojiť na simuláciu týmto spôsobom: 

. / trup 

Po úspešnom prihlásení vyzerá program ako na obrázku 8 – 2 . 

Program pre riadenie modelu pioneer2dx 

Pred spustením simulácie modelu pioneer2dx sa musíme dostať do priečinku, kde sa 

model nachádza, a to je: 

/ usr / l o c a l / share / gazebo / worlds 

Teraz môžeme spustiť simuláciu: 

gazebo pioneer2dx . world 

Simulácia robota pioneer2dx na obrázku 8 – 3 . 

Program pioneer sa nachádza v priečinku pioneer a spustíme ho: 

. / p i o n e e r 

68

FEI KKUI 

otvorí sa okno simulácie 8 – 4 . 

Záver 

Programy trup a pioneer je možné nájsť v prílohe na CD v priečinku s rovnakým 

názvom. Na CD prílohe sa nachádza aj balíček zdrojových kódov programu Gazebo 

a vytvorený model trup. 

Obr. 8 – 1 Model trup počas simulácie v programe Gazebo. 

69

FEI KKUI 

Obr. 8 – 2 Okno programu pre riadenie modelu trup. 

Obr. 8 – 3 Model pioneer2dx počas simulácie v programe Gazebo. 

70

FEI KKUI 

Obr. 8 – 4 Okno programu pre riadenie modelu pioneer2dx. 

71

Analýza softvérového prostredia pre riadenie robotov Player-Stage ...

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?