Auto-Navigation For Robots. Implementation of ROS

Abstract

The purpose of this thesis was to investigate how to perform and operate auto-navigation for robots. The best candidate to perform the navigation was based on Robot Operating System, ROS, developed by Willow Garage in 2007. The system was developed under BSD license and gradually has attracted more experts to implement the system. As a result, it has become a widely-used platform among researchers of robotics community. In 2013 the maintenance and the core development of ROS was transferred to Open Source Robotics Foundation and is still running until this day. Currently ROS is implemented by tens of thousands of users all around the world varying from hobby projects to large scale industrial automation systems.

A small introduction of ROS history and its operating method is discussed in the first chapter in order to understand the principle of ROS. After the introduction, a more detailed analysis of navigation in ROS is presented.

The auto-navigation performance was tested with a simulation where a TurtleBot, an open source personal research robot, is used in a simulated world. The robot was positioned in a maze map where, first, its approximate location in the map was established before giving a command to navigate autonomously to the desired end point. The robot observed with laser scanners possible obstructions and walls in order to avoid collisions and reach its destination.

Also testing Turtlebot’s navigation in an unknown environment was performed. First step was to create a map using SLAM method by controlling TurtleBot manually. After the map was created, TurtleBot managed to perform auto-navigation on the created map.

In this thesis, also the installation of ROS and the simulation package in Linux Ubuntu OS is explained step-by-step before describing the performed simulation test and presenting the results.

Finally, a conclusion of auto-navigation performance is discussed and analyzed based on the results.

Tämän lopputyön tarkoitus on tutustua ja perehtyä robottien autonavigointiin. Paras vaihtoehto autonavigointisovellukseen perustuu Robot Operating System-järjestelmään, ROS, joka on Willow Garagen kehittämä vuonna 2007. Järjestelmä kehitettiin BSD-lisenssin pohjalta ja vähitellen on houkutellut jatkuvasti lisää käyttäjiä. Tästä johtuen järjestelmä on käyttöönotettu laajasti robotiikan tutkijoiden keskuudessa. Vuonna 2013 ROSin ylläpito ja kehitys siirtyi Open Source Robotics Foundation-järjestöön ja on jatkunut tähän päivään asti. Tällä hetkellä ROSia sovelletaan kymmenentuhannen käyttäjän piirissä ympäri maailmaa vaihdellen harrastajista ison luokan tuotantoautomaatio järjestelmän välillä.

Lyhyt johdanto ROSin historiaan ja sen operointitapaan esitellään ensimmäisessä kappaleessa, jotta ymmärretään ROSin periaatteita. Johdannon jälkeen käydään läpi yksityiskohtaisemmin ROSin navigointitoimintaan. Autonavigoinnin suoritusta testattiin simuloinnin kautta missä TurtleBot-robotti, avoimen lähden tutkimusrobotti, käytetiin simulaatiomaailmassa. Robottia asetettiin sokkelokarttaan missä sille ensin määritettiin sijaintia, ennen kuin annettiin käsky liikkua automaattisesti haluttuun kohteeseen. Robotti tarkkaili laseritutkaimen avulla mahdollisia esteitä ja ja seinä välttääkseen yhteentörmäyksiä ja saavuttaakseen määränpäähän. Myös TurtleBot-robotin navigoinnin testausta tuntemattomassa ympäristössä testattiin. Ensimmäinen vaihe oli kartan luominen SLAM-menetelmän avulla ohjaamalla TurtleBot-robottia manuaalisesti. Kun kartta oli luotu, TurtleBot-robotti kykeni liikkumaan autonavigoinnin avulla kehitetyssä kartassa.

ROS- ja simulaatiopaketin asennusta esitellään myös työssä ohjeiden avulla ennen kuin suoritetaan simulaatiotestausta ja esitellään tuloksia. Lopuksi autonavigaation suorituksen tuloksista käydään läpi ja analysoidaan.