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Simulazione 3D e applicazioni per robot mobili con UsarSim
Giuliano Polverari
26 ottobre 2005
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Simulazione nel contesto USAR
Problemi insiti nell’ambiente di sviluppo:
• Scarsa disponibilità di risorse e robot
• Usura dei componenti
• Difficile ricostruzione di situazioni di test
Un simulatore risolve tutti problemi posti
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Simulatori 2D vs Simulatori 3D
Realismo derivato dalla terza dimensione: • Meccanica (ruote, giunti, interazioni, gravità)
• Materiali (vetro, legno)
• Condizioni atmosferiche (luci, nebbia)
• Resa grafica superiore (navigazione dell’ambiente)
• Sensori simulabili (sonar, telecamere, scanner 3D)
I simulatori 3D sono destinati a sostituire il 2D
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Descrizione del lavoro svolto
• Scelta del simulatore 3D• Adattamento del simulatore• Realizzazione e validazione dell’interfaccia ad
RDK, la piattaforma software del SIED• Sviluppo di applicazioni tramite
l’utilizzo del simulatore:– Recupero dagli stalli– Moto su terreno sconnesso
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Presentazione di UsarSim
Unreal Engine, © Epic Games, software orientato al multiplayer gaming FPS, fornisce:• renderer 3D • tool di modellazione
3D• physic engine • linguaggio di Scripting
UsarSim estende Unreal modellando:• Ambienti, mappe NIST USAR Test facility• Attori, modelli di Vittime e Robot• Sensori, laser, sonar, ptz camera …• Controller, propri + bridge per Pyro e Player
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Architettura di UsarSim
Unreal Engine
Maps
Models(robots,sensors, victims ...)
Gamebots
Network (tcp/ip)
Controller
Unreal Client
(Attached spectator)
Video Feedback
Unreal Client
(Attached spectator)
……
Team Cooperation
Unreal Data
Control Data
Control Interface
Middle Level Control
High Level Control
Controller
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UsarSim nel contesto Rescue
Vantaggi:+ Alto grado di realismo+ Semplicità di connessione
(TCP/IP), anche multirobot+ Software multipiattaforma+ Futuro standard nelle
competizioni internazionali
Limiti (dovuti ad Unreal):– Impossibilità di accedere ai sorgenti– Esclusi alcuni sensori (CO2)– Feedback video limitato
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Estensioni(1): Stereovisione
ProblemaImpossibilità di visualizzare contemporaneamente più flussi video sullo stesso PC
SoluzioneSovrascrittura del flusso video, suddiviso in due riquadri
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Estensioni(2): Swiss Camera
Le modifiche ad UsarSim sono state approvate
dalla comunità di sviluppo
CaratteristicheFornisce informazionidi luminosità e distanzanel campo di vista
ImplementazioneIl sensore IRC (Infrared Range Camera) produce i dati di distanza
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Interfaccia UsarSim↔RDK
RDK, piattaforma per il controllo di robot ad alto livello sviluppata dal team SPQR
Interfaccia robot: Task UsarRobot• Lato UsarSim, impartisce i comandi di
movimento, preleva i dati dei sensori • Lato RDK, fornisce l’accesso al robot
Interfaccia video: Task UsarVisionsimula la telecamera e la stereovisione
RDK
UsarSim
Task UsarRobot
Task UsarVision
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Sviluppare con UsarSim
Campo: Esplorazione Autonoma
Applicazioni realizzate:• Recupero dagli stalli• Moto su terreno sconnesso
UsarSim, ambiente di test privilegiato:• Scenari differenti, personalizzati e riconfigurabili• Salvaguardia del robot reale dagli urti
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Applicazione: Recupero dagli Stalli
Stallo: blocco del robot causato dal fallimento di un’azione di movimento
Cause: impatto con ostacoli non rilevati dai sensori
Approccio: monitorare la velocità del robot
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Recupero dagli stalli: esecuzione
10 posizioni di stallo monitorate costantemente
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Applicazione: Moto su terreno sconnesso
Terreno sconnesso: ostacola la navigazione, la localizzazione ed il mapping
Approccio: • Tracciare le asperità
incontrate• Pianificare il moto
tenendo conto di tali informazioni
Nota: l’oggetto
sbilancia il robot
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Approccio (1): tracciare le asperità
Tracciamento tramite il monitoraggio della velocità,con vincoli meno stringenti rispetto all’applicazione precedente
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C1C 2
C3
Passo 1
Più V icino: C1P iù Pulito : C2Scelta: C2
attuale
target
Approccio (2): pianificare il moto
Le due applicazioni sono oggi attive sul robot reale
Più vicino: C1
Più pulito: C2
C1 C3
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Conclusioni
Un simulatore 3D permette:• La riproduzione fedele del robot e dei sensori• La modellazione di complessi scenari virtuali
Utilizzando un simulatore 3D è ora possibile:• Simulare interazioni estremamente realistiche• Ridurre i tempi di sviluppo di applicazioni robotiche• Migliorare la fase di test delle applicazioni prodotte
Questo lavoro è stato presentato durante la passata edizione della manifestazione Robocup (Osaka 2005)
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