İticilerin Kontrol Edilmesi

bir önceki adıma gidin. anasayfaya dönün.

Bu adımda simülasyon ortamında oluşturulan iticilerin kontrol edilmesi anlatılacaktır.

Simülasyon ortamı çalıştırıldığında,

rostopic list

ile listelenen topic’ler arasında bulunan itici topic’leri aşağıdaki gibidir

/<robot_name>/thrusters/<index>/dynamic_state_efficiency
/<robot_name>/thrusters/<index>/input
/<robot_name>/thrusters/<index>/is_on
/<robot_name>/thrusters/<index>/thrust
/<robot_name>/thrusters/<index>/thrust_efficiency
/<robot_name>/thrusters/<index>/thrust_wrench

Bu topic’ler her itici için oluşturulmakta ve <index> itici numarasını temsil etmektedir. Bu topic’lerden .../input, iticinin giriş sinyali için kullanılırken .../thrust ise çıkışını(uygulanan kuvveti) temsil etmektedir. Bu iticilerin giriş-çıkış ilişkisi, <robot_name>_description/urdf/actuators.xacro dosyası içerisinde tanımlanan aşağıdaki bölümde,

<xacro:t100_thruster namespace="${namespace}" thruster_id="0">
    <origin xyz="0.1 0.1 0.0" rpy="0 ${0.5*pi} 0"/>
</xacro:t100_thruster>

....
<xacro:t100_thruster namespace="${namespace}" thruster_id="8">
    <origin xyz="0.7 0.2 -0.5" rpy="0 ${0.5*pi} 0"/>
</xacro:t100_thruster>

kullanılan iticiye aittir. Örneğin burada kullanılan itici t100_thruster, BlueRobotics’in T100 iticisini temsil etmektedir ve buna ait konfigürasyonlar ituauv_uuv_descriptions paketi altında yapılmıştır. İticinin girişi PWM iken çıkışı ise elde edilen kuvvettir ve bu bilgiler ürünün sitesinde verilen teknik dökümanlardan faydalanılarak elde edilmiştir. Kendi tasarladığınız iticiler için bu testleri kendiniz yapmanız gerekmektedir.

İticilerden bir tanesine komut vermek için .../input topic’ine veri göndermek yeterlidir bunun için basitçe,

rostopic pub /<robot_name>/thrusters/<index>/input uuv_gazebo_ros_plugins_msgs/FloatStamped "header:  
  seq: 0
  stamp:
    secs: 0
    nsecs: 0
  frame_id: ''
data: 1700.0"

çalıştırılabilir, böylece <index> numaralı itici, 1700 PWM girişi ile dönmeye başlayacak ve buna karşılık bir kuvvet üretecektir, örneğin T100 model iticiler için bu kuvvet değeri 10.3005 olacaktır.

uuv_thruster_manager Kullanımı

Araç üstünde bulunan <N> adet iticinin bu şekilde kullanımı yerine, uuv simulator’ün thruster_manager‘ı kullanılabilir.

Bunun için bir itici konfigürasyonu/parametreleri sağlamak gerekmektedir. <robot_name>_description/config/t100_thruster_manager.yaml içindeyken;

thruster_manager:
  tf_prefix: <robot_name>
  base_link: base_link
  thruster_topic_prefix: thrusters/
  thruster_topic_suffix: /input
  thruster_frame_base: thruster_
  max_thrust: 24.0
  timeout: -1
  update_rate: 50
  conversion_fcn: custom
  conversion_fcn_params:
    input: [1100, 1110, 1120, 1130, 1140, 1150, 1160, 1170, 1180, 1190, 1200, 1210, 1220, 1230, 1240, 1250, 1260, 1270, 1280, 1290, 1300, 1310, 1320, 1330, 1340, 1350, 1360, 1370, 1380, 1390, 1400, 1410, 1420, 1430, 1440, 1450, 1460, 1470, 1480, 1490, 1500, 1510, 1520, 1530, 1540, 1550, 1560, 1570, 1580, 1590, 1600, 1610, 1620, 1630, 1640, 1650, 1660, 1670, 1680, 1690, 1700, 1710, 1720, 1730, 1740, 1750, 1760, 1770, 1780, 1790, 1800, 1810, 1820, 1830, 1840, 1850, 1860, 1870, 1880, 1890, 1900]
    output: [-17.33, -16.09, -15.46, -14.97, -14.13, -13.72, -12.97, -12.34, -11.85, -11.41, -10.83, -10.20, -9.71, -9.09, -8.38, -7.75, -7.39, -6.90, -6.55, -6.10, -5.70, -5.21, -4.63, -4.19, -3.92, -3.61, -3.20, -2.67, -2.27, -1.96, -1.64, -1.38, -1.02, -0.71, -0.49, -0.31, -0.13, -0.08, 0.00, 0.00, 0.00, 0.00, 0.00, 0.08, 0.35, 0.62, 1.02, 1.42, 1.91, 2.49, 3.03, 3.61, 4.23, 4.72, 5.34, 6.01, 6.73, 7.22, 7.88, 8.64, 9.45, 10.38, 11.09, 11.63, 12.30, 12.79, 13.59, 14.62, 15.46, 16.22, 16.93, 17.87, 19.21, 20.05, 20.59, 21.39, 22.19, 22.77, 23.71, 24.38, 24.69]

Buradaki max_thrust, iticinin sağlayabileceki maksimum kuvveti, timeout, iticiye belirli bir süre boyunca herhangi bir komut ulaşmaması durumunda iticinin kapatılması için gereken zaman aşımı süresini, update_rate ise, iticinin .../input topic’ine hangi frekansta yayın yapılacağını belirtmektedir. Bir çok ESC, 50Hz’lik bir frekansta kontrol edilmekle beraber bazıları 200 bazıları ise 490Hz’de kontrol edilmektedir. timeout parametresinin -1 yapılması durumunda herhangi bir zaman aşımı olmayacağını dolayısıyla son verilen komutun sonsuza dek thruster’a iletilmeye devam edileceğini göstermektedir. conversion_fcn_params altında input/output (giriş/çıkış) ilişkisi verilmelidir.

Yukarıdaki parametreler iticiye ait parametreler iken bir de Thruster Allocation Matrix(TAM) ve ya İtici Yerleşim Matrisi (İYM) belirtilmelidir, bunun için <robot_name>_description/config/tam.yaml içerisinde, <N> itici sayısını temsil etmek üzere 6xN boyutunda bir matris tanımlanmalıdır.

N=6 olan bir sistem için örnek bir yerleşim matrisi aşağıda verilmiştir.

tam:
  #   Th0    Th1    Th2    Th3    Th4   Th5  
  - [ 0.0 ,  0.0 ,  0.0 ,  0.0 ,  0.5,  0.5] # X Axis
  - [ 0.0 ,  0.0 ,  0.0 ,  0.0 ,  0.0,  0.0] # Y Axis
  - [ 0.25,  0.25,  0.25,  0.25,  0.0,  0.0] # Z Axis
  - [ 0.25, -0.25,  0.25, -0.25,  0.0,  0.0] # Rot X Axis
  - [-1.0 , -1.0 ,  1.0 ,  1.0 ,  0.0,  0.0] # Rot Y Axis
  - [ 0.0 ,  0.0 ,  0.0 ,  0.0 , -1.0,  1.0] # Rot Z Axis

Üst Bakış (Top View)

    (.) 0                              (.) 1
                       
                       ^ +X
                       |
      (5)              |              (6)
     ^          +Y     | (.)+Z          ^
     |          <------O                |
                       
     <------ l1 ------>
                       
    (.) 2                              (.) 3

Yukarıdaki şekilde konumlandırılan iticiler,

X ekseni için, oluşturulmak istenecek <X> N kuvveti, 5 ve 6 numaralı iticiler yarı yarıya bölüşecektir bu sebeple matrisin 1. satırı için 5. ve 6. sütunlar 0.5 0.5 verilmiştir
Y ekseninde, bu dizayn için bir kuvvet oluşturulamadığından 2. satır tamamen 0 olarak belirlenmiştir.
Z ekseni için, oluşturulmak istenecek <X> N kuvveti, 0, 1, 2 ve 3 numaralı iticiler 1/4 oranla bölüşecektir bu sebeple matrisin 3. satırı için 1. 2. 3. ve 4. sütunlar 0.25 0.25 0.25 0.25 verilmiştir.
Matrisin 4 numaralı satırı x eksenindeki torku ifade etmektedir, burada gövde üzerinde oluşturulmak istenen <T> Nm tork için,
```
F0*l1 + F2*l1 - (-F1*l1 + -F3*l1) = Tx
```
olacağından, 0.25/l1, -0.25/l1, 0.25/l1, -0.25/l1 olarak seçilir.
Matrisin 5 ve 6 numaralı satırlarıda, benzer şekilde tamamlanır.

Thruster Manager Çalıştırılması

Launch dosyası aşağıdaki gibi ayarlanarak çalıştırılabilir

<robot_name>_description)/launch/thruster_manager.launch:

<launch>
  <include file="$(find uuv_thruster_manager)/launch/thruster_manager.launch">
    <arg name="uuv_name" value="<robot_name>" />
    <arg name="model_name" value="<robot_name>" />
    <arg name="output_dir" value="$(find <robot_name>_description)/config"/>
    <arg name="config_file" value="$(find <robot_name>_description)/config/t100_thruster_manager.yaml"/>
    <arg name="tam_file" value="$(find <robot_name>_description)/config/tam.yaml"/>
  </include>
</launch>

roslaunch <robot_name>_description thruster_manager.launch

komutu ile Thruster manager çalışmaya başladığında, artık her iticiyi ayrı ayrı kontrol etmektense, gövde üzerine uygulanacak kuvvet ve tork giriş olarak verilebilecek, thruster manager her iticinin ne kadar kuvvet üretmesi gerektiğini hesaplayacaktır ve buna karşi düşen girişi ise verecektir.

Bunun için /<robot_name>/thruster_manager/input topic’ine, geometry_msgs/Wrench mesaj tipinde bir mesaj göndermek yeterli olacaktır.

Örnek olarak x ekseninde (ileri) hareket etmek istenmesi durumunda,

rostopic pub /turquoise/thruster_manager/input geometry_msgs/Wrench "force:
  x: 1.0
  y: 0.0
  z: 0.0
torque:
  x: 0.0
  y: 0.0
  z: 0.0"

komutu çalıştırılabilir.

Bir sonraki adımda sensörlerden veri alınması anlatılacaktır.

uuv-simulator-guide

ITÜ AUV Takımı tarafından hazırlanmış uuv simülatör araç oluşturma kılavuzudur.

İticilerin Kontrol Edilmesi

uuv_thruster_manager Kullanımı

Thruster Manager Çalıştırılması