Simulazione 3D e applicazioni per robot mobili con UsarSim Giuliano Polverari 26 ottobre 2005

2 / 17 Simulazione nel contesto USAR Problemi insiti nellambiente di sviluppo: Scarsa disponibilità di risorse e robot Usura dei componenti Difficile ricostruzione di situazioni di test Un simulatore risolve tutti problemi posti

3 / 17 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 dellambiente) Sensori simulabili (sonar, telecamere, scanner 3D) I simulatori 3D sono destinati a sostituire il 2D

4 / 17 Descrizione del lavoro svolto Scelta del simulatore 3D Adattamento del simulatore Realizzazione e validazione dellinterfaccia ad RDK, la piattaforma software del SIED Sviluppo di applicazioni tramite lutilizzo del simulatore: –Recupero dagli stalli –Moto su terreno sconnesso

5 / 17 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

6 / 17 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

7 / 17 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 (CO 2 ) –Feedback video limitato

8 / 17 Estensioni(1): Stereovisione Problema Impossibilità di visualizzare contemporaneamente più flussi video sullo stesso PC Soluzione Sovrascrittura del flusso video, suddiviso in due riquadri

9 / 17 Estensioni(2): Swiss Camera Le modifiche ad UsarSim sono state approvate dalla comunità di sviluppo Caratteristiche Fornisce informazioni di luminosità e distanza nel campo di vista Implementazione Il sensore IRC (Infrared Range Camera) produce i dati di distanza

10 / 17 Interfaccia UsarSimRDK 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 laccesso al robot Interfaccia video: Task UsarVision simula la telecamera e la stereovisione RDK UsarSim Task UsarRobot Task UsarVision

11 / 17 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

12 / 17 Applicazione: Recupero dagli Stalli Stallo: blocco del robot causato dal fallimento di unazione di movimento Cause: impatto con ostacoli non rilevati dai sensori Approccio: monitorare la velocità del robot

13 / 17 Recupero dagli stalli: esecuzione 10 posizioni di stallo monitorate costantemente

14 / 17 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: loggetto sbilancia il robot

15 / 17 Approccio (1): tracciare le asperità Tracciamento tramite il monitoraggio della velocità, con vincoli meno stringenti rispetto allapplicazione precedente

16 / 17 Approccio (2): pianificare il moto Le due applicazioni sono oggi attive sul robot reale Più vicino: C1 Più pulito: C2 C1 C3

17 / 17 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)