Προγραμματισμός πραγματικού χρόνου τετράποδου ρομπότ σε δίκτυο EtherCAT μέσω ROS

Καραμουσαδάκης, Μιχαήλ; Karamousadakis, Michail

dc.contributor.author	Καραμουσαδάκης, Μιχαήλ	el
dc.contributor.author	Karamousadakis, Michail	en
dc.date.accessioned	2020-04-22T14:10:52Z
dc.date.available	2020-04-22T14:10:52Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/50210
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.17908
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/gr/	*
dc.subject	Συστήματα πραγματικού χρόνου	el
dc.subject	PREEMPT-RT επέκταση	el
dc.subject	Τετράποδα ρομπότ	el
dc.subject	Real-time systems	en
dc.subject	Quadruped	en
dc.subject	PREEMPT-RT patch	en
dc.subject	EtherCAT	en
dc.subject	ROS	en
dc.subject	Χρονοδρομολόγηση πραγματικού χρόνου	el
dc.title	Προγραμματισμός πραγματικού χρόνου τετράποδου ρομπότ σε δίκτυο EtherCAT μέσω ROS	el
dc.title	Real-time programming of EtherCAT master in ROS for a quadruped robot	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Ρομποτική	el
heal.classification	Robotics	en
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-07-11
heal.abstract	Η πρόοδος σε τεχνολογίες fieldbus, σε συστήματα πραγματικού χρόνου και προγραμματιστικά πλαίσια ρομποτικής, υπόσχονται ριζικό μετασχηματισμό των πεδίων της βιομηχανικής αυτοματοποίησης και της ρομποτικής. Δεδομένου ότι οι διεργασίες στη βιομηχανική ρομποτική υπόκεινται συνήθως χρονικούς περιορισμούς, η χρήση συστημάτων πραγματικού χρόνου προσπαθεί να αξιοποιήσει την απόδοση και την ασφάλεια σε αυτά τα πολύ απαιτητικά και κρίσιμα για την ασφάλεια περιβάλλοντα. Στις τεχνολογίες fieldbus, το πρωτόκολλο EtherCAT ξεχωρίζει για τα πολυάριθμα πλεονεκτήματα που προσφέρει για hard και soft συστήματα πραγματικού χρόνου, μεταξύ των οποίων είναι οι σύντομοι χρόνοι ενημέρωσης δεδομένων, η χαμηλή μεταβλητότητα στην ποιότητα της επικοινωνίας και μειωμένο κόστος εξοπλισμού. Μεταξύ των ρομποτικών πλαισίων, το λειτουργικό σύστημα για ρομπότ (ROS) ξεχωρίζει για την επεκτασιμότητα του, την ευκολία εκμάθησης του και τη δημοτικότητα του στην κοινότητα ρομποτικής. Αυτή η διπλωματική εργασία στοχεύει στο σχεδιασμό και την ανάπτυξη μιας εφαρμογής λογισμικού, η οποία εξασφαλίζει συγχρονισμένη κίνηση των ποδιών ενός τετράποδου ρομπότ που ονομάζεται Laelaps II, που δημιουργήθηκε και αναπτύχθηκε στο εργαστήριο CSL-EP στο Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο (ΕΜΠ). Συγκεκριμένα, οι κύριοι στόχοι του έργου είναι: (α) Δημιουργία ενός λειτουργικού συστήματος πραγματικού χρόνου (RTOS) που βασίζεται στο GNU / Linux, με στόχο την ικανοποίηση των σκληρών περιορισμών πραγματικού χρόνου που επιβάλλει η συγχρονισμένη κίνηση του Laelaps II. (β) Χρήση ενός EtherCAT Master που ονομάζεται EtherLab στo προαναφερθέν RTOS, για τον έλεγχο του δικτύου που αποτελείται από EtherCAT slaves, που είναι τοποθετημένοι σε κάθε πόδι του ρομπότ και τα ελέγχουν. (γ) Ανάπτυξη μιας Διεπαφής Προγραμματισμού Εφαρμογών ROS (API) για τη διευκόλυνση της επέκτασης και της διαλειτουργικότητας με λογισμικό στο ROS περιβάλλον. Η υλοποίηση του έργου, μέσω του συνδυασμού αυτών των στόχων, αξιολογήθηκε με δοκιμή της ικανότητας βάδισης του Laelaps II. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι τα πειράματα βάδισης ήταν επιτυχημένα και το συνολικό έργο θα μπορούσε να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις για ένα βιομηχανικό τετράποδο ρομπότ όπως το Laelaps II. Τέλος, προτείνονται προτάσεις για βελτιώσεις όσον αφορά την προσέγγιση του σχεδίου και κατευθύνσεις για περαιτέρω διερεύνηση του θέματος.	el
heal.abstract	Advances in fieldbus technologies, real-time systems and robotics frameworks hold a promise for radical transformation of the industrial automation and robotics fields. Since industrial robotics usually are subject to timing constraints, utilization of real-time systems attempts to leverage performance and safety in these highly demanding and "safety-critical" environments. In fieldbus technologies, the EtherCAT protocol stands out for it's numerous benefits for hard and soft real-time systems, including short data update times, low communication jitter and reduced hardware costs. Among robotics frameworks, the Robot Operating System (ROS) stands out for its high customization, extendability, modularity, ease of learning and popularity in the robotics community. The project in the context of this thesis aims to design and develop a software application, which will ensure synchronized motion of the legs of a quadruped robot called Laelaps II, created and developed at the CSL-EP lab, at the National Technical University of Athens (NTUA). Specifically, the main objectives of the project are: (i) Creation of a RTOS, with modification and configuration of an Operating System (OS) based on GNU/Linux, aiming to meet the hard real-time constraints which Laelaps II synchronized motion imposes. (ii) Utilization of an EtherCAT master called EtherLab, in the aforementioned RTOS, for controlling the network consisting of EtherCAT slaves, which are placed at each leg of the robot and control them; (iii) Development of a ROS API for facilitating extendability, usability, maintainability and inter-operability with software (to be) written in the ROS environment. The implementation of the project, through the combination of these objectives, was evaluated by testing the trotting ability of Laelaps II. The results show that the trotting experiments were succesfull and that the overall project can meet the requirements for an industrial quadruped robot like Laelaps II. Finally, suggestions for improvements regarding the project's approach and directions for further investigation on this topic are proposed.	en
heal.advisorName	Τζαφέστας, Κωνσταντίνος	el
heal.advisorName	Tzafestas, Konstantinos	en
heal.committeeMemberName	Τζαφέστας, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Παπαδόπουλος, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Σούντρης, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Tzafestas, Konstantinos	en
heal.committeeMemberName	Papadopoulos, Evangelos	en
heal.committeeMemberName	Soudris, Dimitrios	en
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών. Τομέας Σημάτων, Ελέγχου και Ρομποτικής	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	247 σ.
heal.fullTextAvailability	true