Evaluation of Robot Motion Trajectory Based on Selected Mapping Algorithms

• Autorzy: Kaczmarek Wojciech , Daniel Natalia , Cherubin Szymon

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0054.4489

Warianty tytułu

PL

Ocena trajektorii ruchu robota na podstawie wybranych algorytmów mapujących

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents the concept of a remotely controlled mobile robot that generates a two-dimensional map of its surroundings. The hardware platform developed relies on the LINUX operating system with the Robot Operating System (ROS) to function properly. The authors focused on discussing the robot's hardware and presenting the software used. In line with the assumptions made, the robot is capable of generating a two-dimensional digital map of its surroundings, as well as of recording images of those surroundings. The robot relies on lidar odometry for identifying its position, meaning that the developed algorithm calculates the vehicle's location based on data from a laser scanner. The main sources of environment-related information acquired by the robot include the following: RPLidar A3M1 laser scanner by Slamtec (generating a digital map) and a 5mpx HD OV5647 camera (capturing images of the surroundings). These devices are coupled with the Raspberry Pi 3B on-board computer via a CSI interface.

PL

W artykule przedstawiono koncepcję zdalnie sterowanego robota mobilnego, generującego dwuwymiarową mapę otoczenia. Opracowana platforma sprzętowa do poprawnego funkcjonowania wykorzystuje system operacyjny LINUX z systemem Robot Operating System (ROS). Autorzy skupili się na omówieniu struktury sprzętowej robota oraz przedstawieniu zaimplementowanego oprogramowania. Zgodnie z przyjętymi założeniami wykonany robot umożliwia generowanie dwuwymiarowej cyfrowej mapy otoczenia i rejestrację obrazu otoczenia. Do lokalizacji w przestrzeni, robot wykorzystuje odometrię lidarową, co oznacza że opracowany algorytm wylicza położenie pojazdu na podstawie danych pochodzących ze skanera laserowego. Głównymi źródłami informacji pozyskiwanych przez robota z otoczenia są: skaner laserowy RPLidar A3M1 firmy Slamtec (generowanie mapy cyfrowej) oraz kamera HD OV5647 o rozdzielczości 5mpx (rejestracja obrazu otoczenia). Urządzenia te współpracują z komputerem pokładowym Raspberry Pi 3B za pomocą złącza CSI.

Słowa kluczowe

EN

mobile robot; 2D map generation; ROS; Linux; Lidar

PL

robot mobilny; generacja mapy 2D; ROS; Linux; Lidar

• Wydawca: Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego
• Czasopismo: Problemy Mechatroniki : uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa
• Rocznik: 2024
• Tom: Vol. 15, Nr 1 (55)
• Strony: 65--82
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., fot., rys., wykr.

Twórcy

autor

Kaczmarek Wojciech

• Military University of Technology, 2 Sylwestra Kaliskiego Str., 00-908 Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-3805-9510

autor

Daniel Natalia

• Military University of Technology, 2 Sylwestra Kaliskiego Str., 00-908 Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-8289-4428

autor

Cherubin Szymon

• Military University of Technology, 2 Sylwestra Kaliskiego Str., 00-908 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Kaczmarek, Wojciech, Bartłomiej Lotys, Szymon Borys, Dariusz Laskowski, and Piotr Lubkowski. 2021. “Controlling an industrial robot using a graphic tablet in offline and online mode”. Sensors 21 (7) :2439-1-20.
• [2] Kaczmarek, Wojciech, Jarosław Panasiuk, Szymon Borys, and Patryk Banach. 2020. “Industrial robot control by means of gestures and voice commands in off-line and on-line mode”. Sensors 20 (21) : 6358-1-15.
• [3] Szymon Borys, Wojciech Kaczmarek, and Dariusz Laskowski. 2020. “Selection and optimization of the parameters of the robotized packaging process of one type of product”. Sensors 20 (18) : 5378-1-21.
• [4] Trojnacki, Maciej, Piotr Szynkarczyk, Adam Andrzejuk. 2008. “Tendencje rozwoju mobilnych robotów lądowych (1) Przegląd robotów mobilnych do zastosowań specjalnych”. Pomiary Autom. Robot.12 (6) : 11-14.
• [5] Kumar, Brig Narender. 2022. Russia Ukraine War Lessons for India in Conventional and Hybrid Warfare Domain. https://www.researchgate.net/publication/361039389_Russia_Ukraine_War_Lessons_for_India_in_Conventional_and_Hybrid_Warfare_Domain
• [6] Besseghieur, Lakhdar Khadir, Radosław Trȩbiński, Wojciech Kaczmarek, and Jarosław Panasiuk. 2018. “Trajectory tracking control for a nonholonomic mobile robot under ROS”. J. Phys. Conf. Ser. 1016 : 012028-1-5.
• [7] Besseghieur, Lakhdar Khadir, Wojciech Kaczmarek, and Jarosław Panasiuk. 2017. “Multi-robot Control via Smart Phone and Navigation in Robot Operating System”. Problemy mechatroniki. Uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa / Probl. Mechatronics Armament Aviat. Saf. Eng. 8 (4) : 37-46.
• [8] Besseghieur, Lakhdar Khadir, Radosław Trębiński, Wojciech Kaczmarek, and Jarosław Panasiuk. 2020. “From Trajectory Tracking Control to Leader-Follower Formation Control”. Cybern. Syst. 51 (4) : 339-356.
• [9] Siwek, Michał, Leszek Baranowski, Jarosław Panasiuk, and Wojciech Kaczmarek. 2019. “Modeling and simulation of movement of dispersed group of mobile robots using Simscape multibody software”. AIP Conf. Proc. 2078 (1) : 020045-1-5.
• [10] Maksimović, Mirjana, Vladimir Vujović, Nikola Davidović, Vladimir Milošević, and Branko Perišić. 2014. “Raspberry Pi as Internet of Things hardware : Performances and Constraints,” Des. Issues, 3 : 8.
• [11] RPLIDAR Interface Protocol and Application Notes. 2018. SLAMTEC.
• [12] Qureshi, M.F. 2020. “Double Self-Balancing Robot”. Affil. with NED Univ. Eng. Technol., Karachi Dep. Electr. Eng., DOI: 10.13140/RG.2.2.14414.48965.
• [13] Docter, Quentin, and Jon Buhagiar. 2019. Introduction to TCP/IP. DOI: 10.1002/9781119553588.ch7.
• [14] Dudek, Wojciech. 2013. Wykorzystanie czujnika Kinect i systemu ROS do sterowania ruchem robota mobilnego. Praca dyplomowa. Warszawa: Wydawnictwo Politechniki Warszawskiej.
• [15] Yoshida, Hideki, Hiroshi Fujimoto, Daisuke Kawano, Yuichi Goto, Misaki Tsuchimoto, and Koji Sato.2015. Range extension autonomous driving for electric vehicles based on optimal velocity trajectory and driving braking force distribution considering road gradient information. In Proceedings of the IECON 2015 - 41st Annu. Conf. IEEE Ind. Electron. Soc., pp. 4754-4759, DOI: 10.1109/IECON.2015.7392843.
• [16] Quigley, Morgan, Brian Gerkey, and William D. Smart. 2015. Programming Robots with ROS. USA: O’Reilly Media, Inc., 1005 Gravenstein Highway North, Sebastopol, CA 95472.
• [17] Borkowski, Mateusz, Krystian. Łygas. 2017. “Model robota szeregowego typu Scara w środowisku ROS". Autobusy Tech. Eksploat. Syst. Transp. 18 (6) : 551-554.
• [18] Kam, Hyeong Ryeol, Song-Ho Lee, Taejung Park, and Chang-Hun Kim. 2015. “RViz: a toolkit for real domain data visualization”. Telecommun. Syst. 60 (2) : 337-345.
• [19] Kang, Y., D. Kim, and K. Kim. 2019. URDF Generator for Manipulator Robot. In Proceedings of the 2019 Third IEEE Int. Conf. Robot. Comput., pp. 483-487.
• [20] Peake, Ian, Jozeph La Delfa, Ronal Bejarano, and Jan Olaf Blech. 2021. Simulation Components in Gazebo. In Proceedings of the 22nd IEEE International Conference on Industrial Technology (ICIT) 1 : 1169-1175.
• [21] Cheng, Yao-Yao, and Dian-Xi Shi. 2017. Ros Based Remote Robot Task Monitoring and Control System. In Proceedings of the ITM Web Conf. 12 (5) : 01023.
• [22] Kohlbrecher, Stefan, Johannes Meyer, Thorsten Graber, Karen Petersen, Uwe Klingauf, and Oskar von Stryk. 2014. Hector open source modules for autonomous mapping and navigation with rescue robots. In: Behnke, S., Veloso, M., Visser, A., Xiong, R. (eds) RoboCup 2013: Robot World Cup XVII. RoboCup 2013. Lecture Notes in Computer Science(), vol. 8371. Springer: Berlin, Heidelberg.
• [23] Kohlbrecher, Stefan, Oskar von Stryk, Johannes Meyer, and Uwe Klingauf. 2011. A flexible and scalable SLAM system with full 3D motion estimation. In Proceedings of the 2011 IEEE International Symposium on Safety, Security, and Rescue Robotics pp. 155-160.
• [24] da Silva M.F. Bruno, Rodrigo S. Xavier, and Luiz M.G. Gonçalves. 2019. “Mapping and Navigation for Indoor Robots under ROS : An Experimental Mapping and Navigation for Indoor Robots under ROS : An Experimental Analysis. Preprints 2019, 2019070035. https://doi.org/10.20944/preprints201907.0035.v1
• [25] Labbé, M. and F. Michaud. 2019. “RTAB-Map as an open-source lidar and visual simultaneous localization and mapping library for large-scale and long-term online operation. J. F. Robot. 36 (2) : 416-446.
• [26] Grupp, Michael. 2022.“Python package for the evaluation of odometry and slam". A library for handling, evaluating and comparing trajectory results of odometry and SLAM algorithms, https://github.com/MichaelGrupp/evo (access: January, 10.2022).

Uwagi

1. Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).

2. The work was supported by the Military University of Technology (Warsaw, Poland) under research project No. UGB 893/2021.