Development of a remote 3D visualisation, control and simulation framework for a robotic head

Palavras-chave: Visualização,Simulação,ROS,Interface

Neste texto, vamos apresentar o trabalho sobre a conceção e desenvolvimento de uma arquitetura de visualização remota 3D, controlo e simulação baseada em ROS. Esta arquitetura tem o propósito de estender a usabilidade de um sistema desenvolvido em trabalhos anteriores por esta equipa de investigação durante o projeto CASIR (Coordinated Attention for Social Interaction with Robots) e BACS (Bayesian Approach to Cognitive Systems) projetos. A solução proposta foi implementada utilizando “Robot Operating System” (ROS), e projetada para atender as necessidades dos dois grupos de utilizadores - Utilizadores e criadores locais e remotos. A arquitetura é composta por: (1) um simulador totalmente funcional integrado com o ambiente ROS, incluindo uma representação fiel de uma plataforma robótica, um modelo humano com capacidades de animação e características suficientes para recriação de cenários de interação do humano/robô, e uma configuração experimental virtual com características semelhantes às do espaço de trabalho real do laboratório; (2) uma interface de utilizador totalmente funcional e intuitiva, com capacidades de representação de imagem 2D e 3D, permitindo que tanto os utilizadores comuns como avançados e até criadores possam correr conjuntos específicos de módulos; (3) um laboratório robótico remoto que pode ligar os utilizadores remotos ao resto da arquitetura através de um navegador web, proporcionando-lhes o controlo básico da plataforma de simulação, através de um controlador joystick virtual. As contribuições desta solução são as seguintes: (1) acesso para a equipa de pesquisa local ao middleware de atenção CASIR-IMPEP, localmente e remotamente, a fim de permitir esforços de desenvolvimento e de pesquisa de forma eficaz e eficiente partilhando os recursos da arquitetura; (2) acesso para a equipa de pesquisa local a um painel de controlo intuitivo e flexível com uma interface de utilizador que economiza recursos computacionais através da execução de uma forma transparente num computador separado; (3) a oportunidade para utilizadores remotos que não fazem parte da equipa de pesquisa local de executar de forma aberta e com segurança o demo da arquitetura, abrindo assim os resultados de pesquisa CASIR-IMPEP à comunidade em geral (4) a oportunidade de estes investigadores externos acederem ao código-fonte desenvolvido durante este projeto, de modo a adaptar os seus resultados aos seus próprios propósitos, consequentemente, representando um exemplo para replicar a abordagem sistemática aplicada em anexo. A solução proposta foi cuidadosamente e sistematicamente testados em condições operacionais, de modo a avaliar as suas qualidades em termos de recursos, facilidade de uso e desempenho. Finalmente, as conclusões relativas ao sucesso e potencial desta pesquisa e esforço de desenvolvimento são desenhadas, e as bases para o trabalho futuro será proposto. In this dissertation, work on the design and development of a ROS-based remote 3D visualisation, control and simulation framework is presented. This architecture has the purpose of extending the usability of a system devised in previous work by this research team during the CASIR (Coordinated Attention for Social Interaction with Robots) and BACS (Bayesian Approach to Cognitive Systems) projects. The proposed solution was implemented using ROS (Robot Operative System), and designed to attend the needs of two user groups – local and remote users and developers. The framework consists of: (1) a fully functional simulator integrated with the ROS environment, including a faithful representation of a robotic platform, a human model with animation capabilities and enough features for enacting human robot interaction scenarios, and a virtual experimental setup with similar features as the real laboratory workspace; (2) a fully functional and intuitive user interface with 2D and 3D image representation capabilities, also allowing both common and advanced users or developers to launch specific sets of modules; (3) a remote robotic laboratory that can connect remote users to the rest of the framework via a web browser, providing them basic control of the simulated platform, via a virtual joystick controller. This solution’s contributions are as follows: (1) access for the local research team to the CASIR-IMPEP attention middleware, both locally and remotely, in order to allow seamless development and research efforts by effectively and efficiently sharing the framework’s resources; (2) access for the local research team to a user-friendly and flexible dashboard as a user interface that saves computational resources by running in a transparent fashion on a separate computer; (3) the opportunity for remote users which are not part of the local research team to openly and safely run the framework demonstrator, thereby opening CASIR-IMPEP research outcomes to the wider community (4) the opportunity for these external researchers to access source code developed during this project so as to adapt its outcomes for their own purposes, consequently representing an example for replicating the systematic approach applied herewith. The proposed solution was thoroughly and systematically tested under operational conditions, so as to assess its qualities in terms of features, ease-of-use and performance. Conclusions concerning the success and potential of this research and development effort are drawn, and the foundations for future work proposed.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias