ros2_control ist aus
meinem Rechnerausgebrochen
ROSCON 2023

Manuel Muth M.Sc.
Dr. Denis ŠtoglWWW.STOGLROBOTICS.DEEvaluation

ros2_control@stoglrobotics.delProfessionelle Integration und Entwicklung von ROS and ROS 2
RobotikanwedungenllDr.-Ing. Denis Štoglll

Spezialisiert auf HW control und Integration von ROS

ros2_control maintainer, Robotik Experte

Manuel Muth

Robotik Ingenieurl

5 Vollzeit Ingenieurel2 Praktikanten

ros2_control - Kernel für ROS2

HWnKoLifem
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tion

ros2_control - Kernel für ROS2Lifecycle& Zugriffs
management

ros2_control - Architektur
Architektur gedacht für Regelung:ll

Eines einzelnen RoboterslEiner kleinen Zelleros2_control - Architektur
Architektur gedacht für Regelung:lllEines einzelnen RoboterslEiner kleinen Zelle

ROS 2 baut auf DDS auf
èermöglicht verteilte Systemeè

Regelung mehrerer Roboterè

Potential für Verbesserungros2_control - ArchitekturlControllerManager →Management der ReglerlResourceManager → Management der Hardware KomponentenlCommand-/StateInterfaces auch Handle genanntros2_control - Architektur
Shared-Memory ArchitekturllHardware alloziert SpeicherlRegler erhält über Handle Zugriff auf Speicher

ros2_control - Architektur
Beispiel:llTreiber schreibt einen Zustandric rsne l l eGe ntroco= lesend(read)
R= schreibend(write)Wros2_control - Architektur
Beispiel:llTreiber schreibt einen Zustandric rsne l l e
Ge ntrocoW= lesend(read)
R= schreibend(write)Wros2_control - Architektur
Beispiel:llTreiber schreibt einen Zustandric rsne l l e
Ge ntrocoR= lesend(read)RW= schreibend(write)WKonzept1.) Verteilte Treiber2.) Verteilte verkettet Regler

Konzept
lAdaption der Handles:lBeschreibung wird exportiertlErzeugen von Publishers/Subscribers

Konzept
lAdaption der Handles:lBeschreibung wird exportiertlErzeugen von Publishers/Subscribers

Evaluation
2 Roboterzellen
KUKA KR3 R 540

HW

l

com
positionllllready2_educate

1 Netzwerk Switchl

Separates NetzwerklKein zusätzlicher Netzwerkverkehr

3 verschiedene Computerl

RT-PREEMPT: 5.15.0-1048-realtime

Evaluation

HW
com
position

Evaluation

Evaluationl

DDS Middlewares und QoS Profile:
DDS
VendorFast DDS

Cyclone DDS

Connext DDS

Sensor Profil

X

XX

Reliable ProfilXXX

QoSProfilEvaluationlDDS Middlewares und QoS Profile:

PolicyQoS
ProfilReliabilitySensor Profil

BEST_EFFORT

Reliable Profil

RELIABLE

Evaluation: Verteilte Treiber

Evaluation: Verteilte Treiberl

Fast DDS & Sensor Profil

Evaluation: Verteilte TreiberlConnext DDS & Sensor Profil

Evaluation: Verteilte TreiberlÜbersicht Kombinationen

Eval.: Verteilte verkettete Regler

Eval.: Verteilte verkettete ReglerlFast DDS vs Connect DDS mit Sensor Profil

Vielen Dank!
ROSCON 2023

Manuel Muth M.Sc.
Dr. Denis Štogl17.12.23

WWW.STOGLROBOTICS.DE29

Szenario 1lVerteilte Treiber: Fast DDS sensor vs Connext DDS sensor

Szenario 1lVerteilte Treiber: Connext DDS Sensor ProfilSzenario 1lVerteilte Treiber: Fast DDS Sensor ProfilZelle
KUKA KR3 R 540
lready2_educate

Evaluationl

Abstandsmessung mittels Distanzsensor:

Echtzeitfähigkeit ROS 2ll

Seit der initialen Veröffentlichung 2018 mehrere UntersuchungenlEchtzeit Kernel (Preempt-RT)lPing Pong Latenztestl

Für initiale Version Ardent: weiche Echtzeitfähigkeit möglich [1]2021 Eloquentl

Mit Nutzung von PTPl

Echtzeitfähiger SpeicherverwaltunglVerbesserung der Latenzen < 1ms → bis 1 kHz [2]lWeitere Untersuchungen → Harte Echtzeit möglich [3]Quellen[1] Carlos San Vicente Gutiérrez, Lander Usategui San Juan, Irati Zamalloa Ugarte, and Víctor
Mayoral Vilches. Towards a distributed and real-time framework for robots: Evaluation of ROS
2.0 communications for real-time robotic applications, Septem ber 2018. URL
http://arxiv.org/abs/1809.02595. ArXiv:1809.02595
compo
sitionll[2] L. Puck, P. Keller, T. Schnell, C. Plasberg, A. Tanev, G. Heppner, A. Roennau, and R.
Dillmann. Distributed and Synchronized Setup towards Real-Time Robotic Control using ROS2on Linux. In 2020 IEEE 16th International Conference on Automation Science and Engineering(CASE), pages 1287–1293, August 2020. doi: 10.1109/CASE48305.2020.9217010. ISSN:2161-8089.
HW

l[3] L. Puck, P. Keller, T. Schnell, C. Plasberg, A. Tanev, G. Heppner, A. Roennau, and R.
Dillmann. Performance Evaluation of Real-Time ROS2 Robotic Control in a Time-SynchronizedDistributed Network. In 2021 IEEE 17th International Conference on Automation Science andEngineering (CASE), pages 1670–1676, August 2021. doi:
10.1109/CASE49439.2021.9551447. ISSN: 2161-8089.

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