Control de Tiempo Real estricto en un robot móvil basado en MaRTE OS

Control de Tiempo Real estricto en un robot móvil basado en MaRTE OS
17/04/ :34 Control de Tiempo Real estricto en un robot móvil basado en MaRTE OS Francisco Javier Feijoo Cano Director: José Luis Villarroel Salcedo

3. Trabajo 3. Aplicaciones 4. Conclusiones Objetivo 17/04/ :34 Implantación del sistema operativo MaRTE OS en un robot móvil Pioneer Desde cero … Control de Tiempo Real estricto en un robot móvil basado en MaRTE OS

3. Trabajo 3. Aplicaciones 4. Conclusiones Contenido 17/04/ :34 Sistemas de Tiempo Real MaRTE OS y el robot Pioneer Trabajo realizado Aplicaciones desarrolladas Conclusiones Control de Tiempo Real estricto en un robot móvil basado en MaRTE OS

3. Trabajo 3. Aplicaciones 4. Conclusiones Contenido 17/04/ :34 Sistemas de Tiempo Real Definición Ejemplo. Funcionamiento de un airbag Sistema de tiempo real en robótica MaRTE OS y el robot Pioneer Trabajo realizado Aplicaciones desarrolladas Conclusiones Control de Tiempo Real estricto en un robot móvil basado en MaRTE OS

3. Trabajo 3. Aplicaciones 4. Conclusiones Definición 17/04/ :34 Sistema informático que interacciona repetidamente con su entorno, realizando acciones de control en intervalos de tiempo bien definidos (rápido) Los fallos por no responder a tiempo son tan malos como un mal resultado Sistema de propósito general: Busca el mayor rendimiento medio del procesador (modifica la ejecución de tareas, altera prioridades, …) Multiaplicación, multiusuario, multiprocesador Entorno Algunos ejemplos: Aviones Coches Trenes Móviles Electrodomésticos Industria Control de Tiempo Real estricto en un robot móvil basado en MaRTE OS

Funcionamiento de un airbag
1. Tiempo Real 2. MaRTE OS 3. Trabajo 3. Aplicaciones 4. Conclusiones Funcionamiento de un airbag tiempo 25 ms 50 ms 1. Sensor de deceleración 2. Procesamiento 3. Actuación. Inflado de la bolsa 80 ms Respetar los plazos estrictamente Actuar tarde = FALLO Actuar antes = FALLO Control de Tiempo Real estricto en un robot móvil basado en MaRTE OS

¿Necesario en robótica?
1. Tiempo Real 2. MaRTE OS 3. Trabajo 3. Aplicaciones 4. Conclusiones ¿Necesario en robótica? Un robot es un sistema compuesto por sensores, un ordenador que procesa la información y actuadores Una aplicación de control sobre el robot (navegación) se ejecuta con plazos fijos Control basado en el periodo de muestreo Necesita ser determinista ROBOT SENSORES ORDENADOR ACTUADORES Control de Tiempo Real estricto en un robot móvil basado en MaRTE OS

3. Trabajo 3. Aplicaciones 4. Conclusiones Hasta ahora Linux + Player Control de los dispositivos del robot (navegación, visión, comunicación) Entorno cómodo (compilar y listo) Ideal para simular aplicaciones robóticas Pero: El SO (el planificador) puede retrasar la lectura de los sensores y la actuación Descontrol, no determinista Linux Control de Tiempo Real estricto en un robot móvil basado en MaRTE OS

3. Trabajo 3. Aplicaciones 4. Conclusiones Contenido Sistemas de Tiempo Real MaRTE OS y el robot Pioneer MaRTE OS Robot Pioneer Entorno de desarrollo Trabajo realizado Aplicaciones desarrolladas Conclusiones Control de Tiempo Real estricto en un robot móvil basado en MaRTE OS

3. Trabajo 3. Aplicaciones 4. Conclusiones MaRTE OS MaRTE OS (Minimal Real-time Embedded Operative System) ofrece las herramientas necesarias para que nuestro sistema se comporte en tiempo real Desarrollado en la Universidad de Cantabria POSIX13, prioridades fijas, relojes de tiempo real, mutexes, planificación expulsiva, servidor esporádico, etc Control de Tiempo Real estricto en un robot móvil basado en MaRTE OS

3. Trabajo 3. Aplicaciones 4. Conclusiones Robot móvil Pioneer Elementos más importantes: Control de Tiempo Real estricto en un robot móvil basado en MaRTE OS

3. Trabajo 3. Aplicaciones 4. Conclusiones Entorno de desarrollo Entorno de desarrollo cruzado Fallos difíciles de encontrar (mirar los bytes, casi ensamblador, etc.) Lento: Compilar en el ordenador, reiniciar el robot y vuelta a empezar Control de Tiempo Real estricto en un robot móvil basado en MaRTE OS

3. Trabajo 3. Aplicaciones 4. Conclusiones Contenido Sistemas de Tiempo Real MaRTE OS y el robot Pioneer Trabajo realizado Desarrollo de los controladores de los dispositivos Recursos a disposición del usuario El protocolo RT-WMP Aplicaciones desarrolladas Conclusiones Control de Tiempo Real estricto en un robot móvil basado en MaRTE OS

Desarrollo de los controladores de los dispositivos
1. Tiempo Real 2. MaRTE OS 3. Trabajo 3. Aplicaciones 4. Conclusiones Desarrollo de los controladores de los dispositivos 17/04/ :34 Se han implementado los controladores de los sensores y actuadores A nivel de driver MaRTE Capa software para acceder a los dispositivos Corrección de la línea serie Controlador para la tarjeta inalámbrica Análisis Diseño Implementación Pruebas Control de Tiempo Real estricto en un robot móvil basado en MaRTE OS

Recursos a disposición del usuario
1. Tiempo Real 2. MaRTE OS 3. Trabajo 3. Aplicaciones 4. Conclusiones Recursos a disposición del usuario Ejemplos: Conjunto amplio de funciones para utilizar los dispositivos Probadas cada una de ellas Se ha caracterizado temporalmente el sistema (relojes de ejecución) ADA p2osGetXPos p2osSetSpeed(a,b) C p2osGetXPos() p2osSetSpeed(a,b) p2osGetXPos ………………… 3’94 µs readLMSValues ……………… 1’867 ms En conjunto: 70 funciones C 58 funciones Ada Más de 5000 líneas de código implementadas Otras miles revisadas Entorno de programación listo para usar Control de Tiempo Real estricto en un robot móvil basado en MaRTE OS

1. Tiempo Real 2. MaRTE OS 3. Trabajo 3. Aplicaciones 4. Conclusiones El protocolo RT-WMP Protocolo de comunicaciones inalámbricas en desarrollo en la Universidad de Zaragoza Hasta ahora se utilizaba con Linux Se ha implementado en MaRTE para comunicar el robot con el exterior Comunicación en tiempo real para un SO de tiempo real Protocolo Tiempos sin acotar Protocolo RT-WMP Tiempo de transmisión acotado en el peor caso Control de Tiempo Real estricto en un robot móvil basado en MaRTE OS

3. Trabajo 3. Aplicaciones 4. Conclusiones Contenido Sistemas de Tiempo Real MaRTE OS y el robot Pioneer Trabajo realizado Aplicaciones desarrolladas Navegación autónoma Comunicación inalámbrica Algunos resultados Conclusiones Control de Tiempo Real estricto en un robot móvil basado en MaRTE OS

3. Trabajo 3. Aplicaciones 4. Conclusiones Navegación autónoma 17/04/ :34 El robot sigue a un objetivo móvil, evitando obstáculos (tracking + ND) Estudio completo de planificabilidad (planificación de tareas anterior a la ejecución) Control de Tiempo Real estricto en un robot móvil basado en MaRTE OS

3. Trabajo 3. Aplicaciones 4. Conclusiones Navegación autónoma RMS (prioridad al más frecuente) y techo de prioridad inmediato Tarea Periodo Cómputo Bloqueo Techo de prioridad Prioridad INT láser 0.4196 0.029 HW INT Micro 0.833 Actualiza P2OS 100 0.062 22 Navegación 50 1.1226 21 Visualización 200 12 0.001 20 Actualiza Láser 397.5 1.867 19 Servidor P2OS Servidor Láser Cumplimiento de plazos Utilización conocida (66.83%) Control de Tiempo Real estricto en un robot móvil basado en MaRTE OS

Comunicación inalámbrica
1. Tiempo Real 2. MaRTE OS 3. Trabajo 3. Aplicaciones 4. Conclusiones Comunicación inalámbrica Se maneja el robot desde otra máquina (visualización y control). Tiempo acotado en el peor caso Control de Tiempo Real estricto en un robot móvil basado en MaRTE OS

¿Seguro que es mejor que el sistema anterior?
1. Tiempo Real 2. MaRTE OS 3. Trabajo 3. Aplicaciones 4. Conclusiones ¿Seguro que es mejor que el sistema anterior? Sin sobrecarga (0.2 m/s) Linux cm MaRTE cm 4 m Inicio Fin Demostración sencilla Con sobrecarga (0.2 m/s) Linux cm MaRTE cm En un sistema convencional con carga en el procesador, el robot deja de funcionar correctamente En MaRTE, las tareas de mayor prioridad no se ven afectadas nunca por otras tareas Control de Tiempo Real estricto en un robot móvil basado en MaRTE OS

3. Trabajo 3. Aplicaciones 4. Conclusiones Contenido Sistemas de Tiempo Real MaRTE OS y el robot Pioneer Trabajo realizado Aplicaciones desarrolladas Conclusiones Dificultades Trabajos futuros Control de Tiempo Real estricto en un robot móvil basado en MaRTE OS

3. Trabajo 3. Aplicaciones 4. Conclusiones Conclusiones Se dispone, por primera vez, de un entorno de tiempo real para trabajar con los robots Pioneer Existe un conjunto amplio de funciones para el programador (muy parecido a lo que había hasta ahora) MaRTE OS ha sido ampliado y mejorado Soporte en MaRTE para RT-WMP Control de Tiempo Real estricto en un robot móvil basado en MaRTE OS

3. Trabajo 3. Aplicaciones 4. Conclusiones Dificultades Se ha realizado el trabajo desde cero. No existía nada relativo a robótica con MaRTE OS Se ha trabajado con hardware, a bajo nivel. Algunos elementos no funcionaban Es difícil “vender” sistemas de tiempo real Nadie a mi alrededor conocía MaRTE OS Control de Tiempo Real estricto en un robot móvil basado en MaRTE OS

3. Trabajo 3. Aplicaciones 4. Conclusiones Trabajos futuros Ampliar la funcionalidad de MaRTE en el robot (cámaras, joystick, gráficos, etc.) Adaptar otros algoritmos que mejoren el sistema de control del robot Conseguir aplicaciones robóticas robustas y fiables Control de Tiempo Real estricto en un robot móvil basado en MaRTE OS

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