RTミドルウェアを用いた移動ロボットの知覚制御 - 長井研究室

RTミドルウェアを用いた
移動ロボットの知覚制御
－イントロダクション－
電気通信大学情報理工学研究科
知能機械工学専攻
長井隆行，中村友昭
趣旨


プログラミングとミドルウェアによるシステムインテグレーション
この流れを体感する↓
2
今日の流れ（予定）
２時間程度
 実験の概要・手順・注意など
 ＲＯＳを使ってみる
 音声認識を使ってみる
 タスクの書き方を理解する
 キネクトを使ってみる
 ロボットを動かしてみる
１時間程度
 ソースコードを見ながら色々考える
 グループで最終的に何を作るか考える
3
次回の流れ（予定）
？？時間程度
 実装とテスト
 （ロボットの評価実験）
15分程度
 レポートについて議論する
4
注意







安全第一
ロボットやノートＰＣの扱いに注意する
ロボットを持ち上げる際に持つ位置を注意
ロボットの上に載せたＰＣを落とさないように注意
故障等は必ず報告する
ＰＣとロボットの充電に気をつける
プログラムなどファイルはファイルサーバーにコピーし
ておく
5
レポート
 レポートはグループ毎に提出
 メールでpdfファイルを添付する
 誰がどの部分を書いたのかを明記する
 分担は話合いで決める
 講評は全員で受ける（連帯責任）
 講評の際にはレポートを印刷したものを
１部持参すること
6
連絡先・情報

レポートの提出先
[email protected]

実験の情報ＨＰ


http://apple.ee.uec.ac.jp/ROBOTEXP/
スタッフ（質問・連絡など）
 教員：長井隆行
[email protected]

ＴＡ（Ｄ１）：アッタミミムハンマド
[email protected]
7
ROS (Robot Operating System)

Willow Garageが開発したロボット用OS



Ubuntuで動作しロボット開発に必要な様々な機能を提供
ROSの一部機能（ミドルウェア）はWindowsで実行可能
ミドルウェアとは？



OSとアプリケーションの中間に位置し，様々なソフトが利用可
能な標準化されたインタフェース（通信機能）を提供
アプリケーションが通信するための機能を提供
利点



独立して開発が可能
一部が壊れても
システム全体は停止しない
再利用ができる
カメラ
音声
ミドルェア（ROS）
アーム
台車
ROSによるプログラム間の通信

様々なソフトウェアが様々な情報を通信して送受信する



ソフトウェア＝ノード
情報＝トピック
ノードやトピックの管理を行うソフトウェア＝ROSCore
カメラ
ノード
音声
ノード
台車
ノード
ノード
音声トピック
（音声発話）
画像認識トピック
（人の位置）
人を見つけて
近づいて
挨拶しよう！
ロボット動作トピック
（移動）
行動計画ノード
ROSCoreにより管理
• どんなノードがあるか
• どのノードがどのトピックを
発行(Publish)しているか
• どのノードがどのトピックを
要求(Subscribe)しているか
簡単なサンプルを動かしてみよう！

文字列を送受信するサンプル
1.
「StartRoscore.bat」をダブルクリック
←こんな画面が出れば成功
簡単なサンプルを動かしてみよう！

文字列を送受信するサンプル
2.
3.
「sample¥SimpleSender¥sample.sln」を起動し，
[ビルド]→[デバッグなしで実行]
「sample¥SimpleReciever¥sample.sln」を起動し，
[ビルド]→[デバッグなしで実行]
↓こんな2つの画面が出れば成功↓
簡単なサンプルを動かしてみよう！

文字列を送受信するサンプル
4.
SimpleSenderに文字を入力してEnter
文字列
転送
「こんにちは」
を入力
送信
ノード
文字列トピック
（配列）
文字列トピックのPublish
受信
ノード
文字列トピックのSubscribe
送信側のソースコード

「sample¥SimpleSender¥sample.sln」のsample.cppをダブ
ルクリック
送信側の
ソースコード
送信側のソースコード
ROSを使うための初期設定
（おまじない）
ノードの名前，
Publishするトピックの設定等
ROSCoreに通知
文字列トピック用の
データ（構造体）を準備
型名 ^変数名 = 型名();
コンソールから文字列入力
構造体のdataに文字列を代入
文字列トピックを送信
送信
ノード
文字列トピック
（配列）
文字列トピックのPublish
受信側のソースコード

「sample¥SimpleReciever¥sample.sln」のsample.cpp
受信側の
ソースコード
受信側のソースコード

基本的には送信側と同じ
ノードの名前，
Subscribeするトピックの設定等
ROSCoreに通知
文字列トピック用の
データ（構造体）を準備
型名 ^変数名 = 型名();
データを受信
戻り値：受信が成功したか
受信したデータを
C言語のcharに変換
文字列トピック
（配列）
受信
ノード
文字列トピックのSubscribe
送信(Publish)の基本

Publishするトピックを通知する



送信するトピック（構造体）を準備




型名 ^変数名=gcnew 型名();
Robot ^r = gcnew Robot();
変数の宣言がC言語と違うので注意！
データ（構造体）に値を入れる


トピック＝データ構造体
client->Publish<***>();
アクセスは「->」
client->Send( *** )で送信
受信（Subscribe）の基本

Subscribeするトピックを通知する



送信するトピック（構造体）を準備




トピック＝データ構造体
client->Subscribe<***>();
型名 ^変数名=gcnew 型名();
Robot ^r = gcnew Robot();
変数の宣言がC言語と違うので注意！
データを受信する


client->GetLastMsg( *** )
戻り値がtrueであれば受信成功
音声ノードの使い方 –起動

音声の合成・認識を行うノード
起動方法：「StartAudio.bat」をダブルクリック
認識結果
認識辞書設定
音声ノードの使い方 –認識辞書DIGORO HELLO
に単語が代入され認識される
DIGOROに代入される単語候補
(この場合一つだけ)
この場合．．．
HELLOに代入される単語候補
•
•
•
•
だいごろう、こんにちは
だいごろう、こんばんは
だいごろう、おはよう
だいごろう、おなかがすいた
が認識可能
音声ノードの使い方 –ソースコード
「sample¥AudioTest¥sampe.sln」を起動してsample.cppを開く
送受信(Publish, Subscribe)する情報の通知
• SpeechInfo：音声認識トピック
• SpeechOrder：音声合成トピック
音声認識トピックSpeechInfoを受信
C言語のchar配列へ変換
文字列の中に「こんにちは」があるか検索
SpeechInfo->utteranceに「こんにちは」を
代入して送信
音声認識トピック
（SpeechInfo）
認識結果の表示
Audio
Test
音声認識トピックのSubscribe
音声合成トピックのPublish
音声
ノード
音声合成トピック
（SpeechOrder）
音声認識トピックのPublish
音声合成トピックのSubscribe
ビジョンノードの使い方 –起動

様々な画像認識を行うノード
起動方法：「StartVision.bat」をダブルクリック

タブで各処理の結果表示を切り替え




VisionROS：骨格検出
FaceDetection：顔検出
ObjectDetection：物体検出
ColorDetection：色検出
タブを切り替えて
F1(F2)キーで検出結果画像表示
骨格（関節位置）検出
物体認識
顔検出
ビジョンノードの使い方 –ソースコード
「sample¥VisionTest¥sample.sln」を起動してsample.cppを開く
骨格検出結果を受信
右手と左手の位置を計算
y
z
x
右手y – 右肩y > 0
：右手上
右手x – 右肩x < -300 ：右手横
右手と左手の位置の表示
•上，横，前
画像認識トピック
（VisionInfo）
Vision
Test
画像認識トピックのSubscribe
ヒジョン
ノード
画像認識トピックのPublish
ビジョンノードの使い方 –ソースコード•
•
•
•
•
•
物体認識結果の受信
顔検出結果の受信
•
•
•
•
•
•
objects->data は配列
objects->data->Count で配列の要素数
objects->data[i] でi個目の物体の情報にアクセス
objects->data[i] ->pos->x : x座標
objects->data[i] -> pos->y : y座標
objects->data[i] -> pos->z : z座標
Faces->data は配列
faces->data->Count で配列の要素数
faces->data[i] でi個目の物体の情報にアクセス
faces->data[i] ->pos->x : x座標
faces->data[i] ->pos->y : y座標
faces->data[i] ->pos->z : z座標
ビジョンノードの使い方 –ソースコード-
物体認識結果の受信
•
•
•
•
•
•
blobs->data は配列
blobs->data->Count で配列の要素数
blobs->data[i] でi個目の物体の情報にアクセス
blobs->data[i] ->pos->x : x座標
blobs->data[i] -> pos->y : y座標
blobs->data[i] -> pos->z : z座標
ロボットノードの使い方 –起動

ロボットを制御するノード
起動方法：「StartRobot.bat」をダブルクリック
ロボット状態トピック
（RobotInfo）
Robot
Test
ロボット状態トピックのSubscribe
ロボット制御トピックのPublish
音声
ノード
ロボット制御トピック
（RobotOrder）
ロボット状態トピックのPublish
ロボット制御トピックのSubscribe
ロボットノードの使い方 –ソースコード
「sample¥RobotTest¥sample.sln」を起動してsample.cppを開く
キー入力があったか？
入力されたキーを取得
入力されたキーに応じて
ロボット制御トピックRobotOrderに代入
直進命令とその速度(m/s)
回転命令とその速度(rad/s)
ロボット制御トピックを送信
ロボットノードの使い方 –ソースコード
「sample¥RobotTest¥sample.sln」を起動してsample.cppを開く
ロボット状態トピックを取得
変数名
ロボット状態を表示
heading
x
(x, y)
y
初期位置
info->posx
info->posy
info->heading
info->ismoving
info->isClisionDetectedL
info->isClisionDetectedC
info->isClisionDetectedR
info->isCliffDetectedL
info->isCliffDetectedC
info->isCliffDetectedR
内容
ロボットの現在位置のx座標(m)
ロボットの現在位置のy座標(m)
ロボットの現在位置の回転方向(rad)
ロボットが動いているかどうか
左バンパーが接触しているどうか
正面バンパーが接触しているどうか
右バンパーが接触しているどうか
左に段差があるかどうか
正面に段差があるかどうか
右に段差があるかどうか
その他のサンプルプログラム

SpeechAndRobotTest




VisionAndRobotGestureTest




音声命令でロボットを操作するサンプル
「前に進んで」→ロボットが前進
「右に回って」→ロボットが右回転
ジェスチャによってロボットを操作するサンプル
右手を上げる→前進
右手を横に伸ばす→左回転
VisionAndRobotFollowTest



人の顔を見つけてロボットが追跡をするサンプル
人の顔がロボットの右にある→右回転
人の顔がロボットの正面にある→直進
型一覧

今回の実験で使用する型の一覧


送信：今回の実験で送信(Publish)すべきデータ
受信：今回の実験で受信(Subscribe)すべきデータ
型
説明
送
信
受
信
List^
可変長配列（高機能な配列）．
list->Add（*）：要素の追加
list->Count：要素の数
list[0]：要素の参照
☓
☓
ByteMultiArray^
Byte(char)のList^．文字列の送受信に利用．Char配列との変換が必要．
char *s = ToChar(list) ：C言語用の文字列に変換
arr = ToBytes(“aaa”) ：文字列からByte配列に変換
☓
☓
SpeechOrder^
音声合成命令送信用の構造体．
order->uttrance：認識結果文字列（ByteMultiArray^）
○
☓
SpeechInfo^
音声認識受信用構造体．
info->recSpeech：認識結果文字列（ByteMultiArray^）
info->isSpeaking：音声発話中かどうか？(bool)
☓
○
RobotOrder^
ロボットへの命令送信用構造体．
kind：命令の種類（RobotOrder::ORDER_ROTATE等）
data：命令に必要な情報（floatのList^）
○
☓
型
説明
送
信
受
信
RobotInfo^
ロボットの情報受信用構造体．
info->posx：ロボットのx座標（float）
info->posy：ロボットのy座標（float）
info->heading：ロボットの向いている方向（float）
info->ismoving：ロボットが動いているかどうか（bool）
info->isClisionDetectedL：左のバンパーが接触しているか（bool）
info->isClisionDetectedC：正面のバンパーが接触しているか（bool）
info->isClisionDetectedR：右のバンパーが接触しているか（bool）
info->isCliffDetectedL：左側に段差があるか（bool）
info->isCliffDetectedC：正面に段差があるか（bool）
info->isCliffDetectedR：右側に段差があるか（bool）
☓
○
Pos3D^
三次元位置を表す構造体．
pos->x：x座標(float)
pos->y：y座標(float)
pos->z：z座標(float)
☓
☓
ObjectData^
物体又は顔の情報を表す構造体．
obj->id：物体や顔のID(int)
obj->pos：物体や顔の位置(Pos3D^)
☓
☓
Objects
検出された物体情報を受信するための構造体．
objects->data：物体の情報(ObjectData^のList^)
☓
○
Faces
検出された顔の情報を受信するための構造体．
faces^>data：物体の情報(ObjectData^のList^)
☓
○
型
説明
送
信
受
信
SkeltonData^
人の骨格情報が格納されている構造体．
skelton->id：人のID
skelton->joints：各関節の位置(Pos3D^のList^)
☓
☓
Skeltons^
人の骨格情報を受信するための構造体．
skeltons->data：骨格情報（SkeltonData^のList^）
☓
○
ColorBlob＾
色検出の結果が格納される構造体．
blob->id：色ID（int）
blob->pos：三次元位置(Pos3D^)
☓
☓
ColorBlobs＾
色検出の結果を受信するための構造体．
blobs->data：色検出の結果（ColorBlob＾のList^）
☓
○
Joypad^
ジョイパッドの入力状態の受信用構造体．
analog1X：左のアナログ入力のX座標（-1（左）～1（右））(float)
analog1Y：左のアナログ入力のY座標（-1（下）～1（上））(float)
analog2X：右のアナログ入力のX座標（-1（左）～1（右））(float)
analog2Y：右のアナログ入力のY座標（-1（下）～1（上））(float)
up：十字キーの上が押されているかどうか（bool）
down：十字キーの下が押されているかどうか（bool）
right：十字キーの右が押されているかどうか（bool）
left：十字キーの左が押されているかどうか（bool）
butons：その他のボタンが押されているかどうか（boolのList^）
☓
○

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