A feladat egy micromouse jellegű labirintus megoldása Ros noetic segítségével gazeebo szimulációban.
- Egy labirintus elkészítése
- Mobil robot elkészítése
- A labirintus feltérképezése
- A labirintus megoldása az optimális útvonallal
A labirintus közelítőleg a micromouse szabályai szerint készült el. A felépítése egy cella struktúra, ahol a cellákat falak választhatják el. A cellák mérete és a falak magassága nem követi a verseny szabványát azonban később a robot dimenziói ezekkel arányosan lettek beállítva. A kezdő és végpontok a neégyzet alapterületű labirintus két szemközti sarkában lett elhelyezve. A kész világ továbbá tartalmaz átlós mozgást megengedő szakaszt.
A szimulációhoz alkalmazott world fájlt egy Python script generálta. A cellák 31 cm oldalhosszú négyzetek, a falak pedig 20 cm magasak.
A mobilrobot modelljének a alapja (base_footprint) 10x20x5 cm-es téglatest. Ennek a két oldalán egy-egy kerék (5 cm sugarú és 5 cm magas henger). Ahhoz, hogy a robot ne billenjen előre vagy hátra, az alap téglatest alján két gömb támasztja azt. A robot tetején egy 3x3x3 cm-es doboz modellezi a lidar szenzort.
A mobilrobot mozgatása és irányítása differenciál hajtással van megoldva. Ehhez a ROS "differential_drive_controller" plugin-ját implementáltuk. Ebből következik, hogy a robotot a cmd_vel topic-ba küldött twist típusú üzenettel lehet irányítani.
A feladat megvalósításához a robotba 2 dimenziós Lidar és IMU szenzorokat raktunk. A lidar cálja a közelben lévő falak figyelése. Az IMU a robot orientációjának meghatározására szolgál.
Ahhoz, hogy a meg lehessen oldani a labirintust, azt először fel kellett térképezni. Ehhez a micromouse robot körbe megy a labirintusban és egy mátrixba lejegyzi a falak és utak helyét.
Ha a robot a bal oldali falat követi végig, akkor egyszer körbe fog érni a labirintuson úgy, hogy mindenhol járt. Ez volt az alap ötlet a körbevezetés megvalósításakor. Ezt a folyamatot egy python script kezeli. A mozgatáshoz koordináták (waypointok) vannak megadva, amik az adott célpontot jelzik. Ezek a célok az éppen soron következő cella koordinátái lesznek. Ahhoz, hogy elérjük ezeket a waypointokat a robot orientációja és pozíciója folyamatosan monitororzva van. A cél waypoint és a robot állása közötti szöghibát kiszámolja a program és twist üzenettel addig van forgatva ameddig ez a hiba egy elfogadható tartományon belülre nem kerül. Hasonló a helyzet a waypointtól vett távolsággal is. Miután irányban van a robot, addig megy előre amíg el nem éri kellően kis hibával a kívánt koordinátákat. A cellában a lidar felméri a körülötte lévő falakat és ez alapján a ki lehet számolni a következő waypointot. Ezt addig ismétli a program ameddig vissza nem ért a kiinduló pontra.
A térkép egy mátrix amiben fel vannak tüntetve a cellák és a cellák közötti falak. Amikor a robot egy új cellába lép megnézi a lidar segítségével a körülötte lévő cellákat és ha falat lát akkor a mátrix megfelelő helyére feljegyzi azt. Ha nem falat lát hanem utat azt is feljegyzi. Külön szimbólum jelzi a mátrixban a falat a cellát és a cellák közötti szabad utat.
A képen az 'x' a falat a 0 a cellát a '-' pedig a szabad utat jelölik.
A labirintus megoldása hasonlóan működik mint a körbevezetés, csak itt előre ki vannak számolva a waypointok, amik kijelölik az optimális útvonalat.
A korábban elkészült térképmátrix segítségével számoltuk ki a leggyorsabb útvonalat. Ezen a mátrixon flood fill algoritmust alkalmazva megkaptuk, hogy az egyes cellák hány lépésnyire vannak a céltól. Ezek alapján a mindegyik pozícióból el lehet dönteni, hogy melyik a leggyorsabb irány. Ezt az irányt követve kijött az optimális útvonal, amiből ki lettek számolva a waypointok és azok koordinátái. Az útvonal kiszámításánál meg lehet adni a kezdő- (s) és végpontot
['x', 'x', 'x', 'x', 'x', 'x', 'x', 'x', 'x', 'x', 'x', 'x', 'x', 'x', 'x', 'x', 'x']
['x', 's', 43, 42, 'x', 28, 'x', 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 'x']
['x', 43, 'x', 41, 'x', 27, 'x', 25, 'x', 'x', 'x', 'x', 'x', 'x', 'x', 'x', 'x']
['x', 42, 'x', 40, 'x', 26, 'x', 24, 23, 22, 'x', 16, 15, 14, 13, 12, 'x']
['x', 41, 'x', 39, 'x', 25, 'x', 'x', 'x', 21, 'x', 17, 'x', 'x', 'x', 11, 'x']
['x', 40, 39, 38, 'x', 24, 23, 22, 21, 20, 19, 18, 'x', 12, 11, 10, 'x']
['x', 'x', 'x', 37, 'x', 'x', 'x', 'x', 'x', 'x', 'x', 'x', 'x', 'x', 'x', 9, 'x']
['x', 0, 'x', 36, 35, 34, 35, 36, 37, 38, 'x', 20, 19, 18, 'x', 8, 'x']
['x', 0, 'x', 'x', 'x', 33, 'x', 37, 'x', 'x', 'x', 21, 'x', 17, 'x', 7, 'x']
['x', 0, 'x', 42, 'x', 32, 'x', 38, 'x', 24, 23, 22, 'x', 16, 'x', 6, 'x']
['x', 43, 'x', 41, 'x', 31, 'x', 'x', 'x', 25, 'x', 'x', 'x', 15, 'x', 5, 'x']
['x', 42, 'x', 40, 'x', 30, 29, 28, 27, 26, 'x', 12, 13, 14, 'x', 4, 'x']
['x', 41, 'x', 39, 'x', 'x', 'x', 29, 'x', 'x', 'x', 11, 'x', 'x', 'x', 3, 'x']
['x', 40, 39, 38, 'x', 32, 31, 30, 'x', 8, 9, 10, 11, 12, 'x', 2, 'x']
['x', 'x', 'x', 37, 'x', 33, 'x', 31, 'x', 7, 'x', 'x', 'x', 'x', 'x', 1, 'x']
['x', 38, 37, 36, 35, 34, 'x', 32, 'x', 6, 5, 4, 3, 2, 1, 'g', 'x']
['x', 'x', 'x', 'x', 'x', 'x', 'x', 'x', 'x', 'x', 'x', 'x', 'x', 'x', 'x', 'x', 'x']
A feladat végére elkészítettünk egy labirintust, amit egy mobilrobot fel tud fedezni majd az ebből kapott térkép alapján meg tud oldani a leggyorsabb útvonalon. A labirintus feltérképezése működne bármilyen micromouse szerű labirintussal. A megoldáshoz bármilyen kezdő- és végpontot meg lehet adni.