A secure and conflict free control platform for Care-O-Bot 4
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2018-06-18
Department
Major/Subject
Control, Robotics and Autonomous Systems
Mcode
ELEC3025
Degree programme
AEE - Master’s Programme in Automation and Electrical Engineering (TS2013)
Language
en
Pages
77+7
Series
Abstract
This thesis presents an implementation on how resources can be allocated in robotic applications. The implemented system provides access control for movement commands on robots utilizing the Robot Operating System (ROS) as the control framework. The system ensures that unintentional movements cannot be executed by unauthorized motion controllers. Each controller is isolated from the hardware interface. This is enforced by a firewall monitoring internode ROS connections. The system also provides control over the robot movement independent from the controllers by stopping or slowing down the movements on the robot. This includes configurable velocity and acceleration limits for the commands relayed to the robot hardware. The independent control enables the system to handle faults by constructing separate, reusable fault monitors, which can stop the movement on the robot. The developed middleware was configured for Care-O-bot 4 personal servant robot. Example controllers and use cases were constructed to test and demonstrate the capabilities of the system. A simulated robot was used to test hazardous examples, such as extended robot arms colliding with walls during navigation. This was resolved by constructing a fault monitor, which stopped the robot if arms were close to a collision. The fault was resolved by folding the arms. The test was successful as the default ROS navigation node was in control of the robot base movement, but the system modified the relayed velocities and the arms did not collide with the walls. The middleware was proved on the real robot and the differences between the simulated and real robots were insignificant for normal operation. The system delivered the designed functionality.Tässä diplomityössä toteutetaan ja testataan robotin turvallisuutta parantava järjestelmä. Toteutettu järjestelmä on tarkoitettu ROS ohjelmistolla toteutettuihin robotteihin ja erottaa liikkeitä komentavan ohjelmiston ja robotin toimilaitteita ohjaavat ajurit toisistaan. Se antaa vain yhden ohjelmiston kerrallaan komentaa toimilaitetta ja täten varmistaa ettei epätoivottuja liikkeitä muilta ohjaimilta voida suorittaa samanaikaisesti. Tämän varmistetaan ROS-komponenttien välisten kommunikoinnin lukitsemisella käyttäen palomuuria. Järjestelmä myös tarjoaa mahdollisuuden muokata liikekomentoja ennen niiden toteutusta ja konfiguroitavissa olevat nopeus- ja kiihtyvyysrajoitukset suojelevat käyttäjiä ja ympäristöä mahdollisilta vaaratilanteilta. Tämä myös mahdollistaa ohjaimista riippumattomat pysäytys- ja hidastustilat, joita voidaan käyttää robottiin kohdistuvien vikatilanteiden hallintaan. Näitä voidaan hyödyntää esimerkiksi käyttämällä erillisiä vika- ja vaaratilanteita tunnistavia komponentteja robotin toiminnan ohjaamiseen. Kehitetty ohjelmisto konfiguroidaan Care-O-bot 4 palvelurobotille ja sen toimintaa testataan ja demonstroidaan rakentamalla yksinkertaisia kontrollereita ja esimerkkitapauksia. Vaarallisten tilanteiden testaamiseen käytetään simulaatioympäristöä, kuten tapausta jossa robotin kädet on ojennettu sivuille ja ne osuvat navigointiympäristön seinäelementteihin. Rakennettu tarkkailija estää käsien tormäämisen pysäyttämällä robotin. Navigoinnin jatkamiseksi käsi komennetaan robotin rungon lähelle ja robotin annetaan jälleen liikkua. Robotti pysäytettiin ja käden mahdollinen törmäys estettiin, vaikka navigointikomponentti komensi robottia liikkumaan koko toimenpiteen ajan. Järjestelmä todettiin toimivaksi ja se pystyy suojelemaan robottia, ympäristöä ja robotin kanssa työskenteleviä henkilöitä oikein käytettynä.Description
Supervisor
Kyrki, VilleThesis advisor
Pieters, RoelKeywords
ROS, service robotics, access control, automation