yeranlee / tcc-glauber

Implementações e resultados de simulações do trabalho de conclusão de curso

Prevenção de colisões por MPC-ORCA em robôs móveis diferenciais

Este repositório contém os algoritmos utilizados para realizar estratégias de controle local em robôs autônomos navegando em cenários multiagentes, de forma que cada robô recebe uma trajetória de referência e precisa realizar comandos de velocidade / aceleração que evitem situações de colisão, sem a necessidade de replanejamento, nem comunicação direta entre os agentes.

Sobre o código

Os algoritmos foram desenvolvidos para rodar no ecossistema ROS, especificamente na distribuição Melodic rodando no Ubuntu 18.04, mas deve funcionar em outras distribuições igualmente.

Dependências

• ROS Melodic (Noetic na branch)
• Python 2.7
• Gazebo *
• OSQP (Operator Splitting Quadratic Program)

* Geralmente é adquirido a partir de uma instalação completa do ROS

Instalação das bibliotecas

ROS

Um guia de instalação completo do ROS Melodic pode ser encontrado na página oficial. Neste trabalho, foi obtida a versão do repositório oficial, com a instalação completa no Ubuntu 18.04. Sumarizando, foram executados os seguintes comandos:

$ sudo sh -c 'echo "deb http://packages.ros.org/ros/ubuntu $(lsb_release -sc) main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'

$ sudo apt-key adv --keyserver 'hkp://keyserver.ubuntu.com:80' --recv-key C1CF6E31E6BADE8868B172B4F42ED6FBAB17C654

$ sudo apt update

$ sudo apt install ros-melodic-desktop-full

OSQP

O OSQP possui implementações compatíveis com diversas linguagens. Nesse trabalho, o solver foi utilizado em uma aplicação ROS desenvolvida em Python. A partir do gerenciador de pacotes pip, pode-se facilmente instalar a biblioteca com o comando:

$ pip install osqp

Simulações

Considerando que os pacotes foram devidamente instalados no workspace do ROS (via catkin), primeiramente, é interessante iniciar o ROS MASTER:

$ roscore

Foi desenvolvida uma especificação URDF para um robô diferencial genérico, dois mundos foram criados para abordar simulações com apenas um robô e outra com múltiplos robôs. Para rodar uma simulação, é só executar:

$ roslaunch gazebo_worlds world0.launch

ou

$ roslaunch gazebo_worlds world1.launch

Para rodar o controlador MPC em um robô apenas, pode-se configurar uma posição objetivo (pos_x, pos_y), já que o script gerará uma trajetória usando função logística:

$ rosrun mpc controller.py <pos_x> <pos_y>

Já o MPC-ORCA funciona de maneira similar, com a adição do identificador do robô, robot_n. No caso do robô "robot_0", temos <robot_n> = 0.

$ rosrun mpc_orca controller.py <robot_n> <pos_x> <pos_y>

Além disso, são oferecidos arquivos .launch que possibilitam instanciar vários robôs e armazenar os dados da simulação em um rosbag.

$ roslaunch mpc_orca start_controllers_world1.launch

Para configurar os goals e o caminho do rosbag, é necessário editar os arquivos .launch.

Trajetória

A função de trajetória padrão se trata de uma função sigmóide com parâmetros definidos em controller.py, mas podem ser alteradas para funções genéricas na seção Global Path Planning do referido arquivo.