RoboCup 2015 : Différence entre versions

Version actuelle datée du 15 juin 2015 à 12:57

Cahier des charges

Présentation générale du projet

Lors de la compétition de l'Open German, prélude de la Robocup, il faudra mettre en place un système d'autonomisation de production à l'aide de Robotinos (robots mobiles de Festo ayant un système d'exploitation Linux). Comme dans toutes compétitions, le but est de gagner, par conséquent, il faudra faire en sorte de gagner un maximum de points. C'est pourquoi il faut créer un manager à l'aide de ROS, c'est-à-dire un nœud ou ensemble de nœuds permettant de pouvoir recevoir les informations envoyées par les autres nœuds, de les traiter, tout cela afin de donner les ordres que doivent exécuter chaque Robotino. Ce manager devra également être capable d'optimiser le nombre de points à obtenir.

Contexte

La compétition de l'Open German se déroule en quatre phases spécifiques : phase de début-de-jeu, phase d'exploration, phase de production, phase de fin-de-jeu. Le manager aura des tâches spécifiques à remplir suivant les différentes phases. La RefereeBox est un système d'arbitrage auquel il est nécessaire d'envoyer périodiquement des données à tout moment du jeu et qui donne à chaque instant l'état du jeu ainsi que les produits demandés en priorité durant la phase de production.

Objectif du projet

• Assurer un maximum de points suivant les aléas du jeu (panne de machine, produits demandées, rupture de stock d'une matière première, …)
• Assurer la pérennité du projet (chaque année des candidats de Polytech Lille y participent)

Description du projet

Pour le projet, outre le fait de gagner le plus de points possibles, il faudra valider les trois contraintes suivantes :

• Communication avec le nœud de la RefereeBox à tout moment du jeu
• Contrainte de robustesse (il ne faut qu'à un moment ou à un autre il n'y ait un blocage de tous les robots)
• Coopération entre les trois robots

Interactions des nœuds avec le manager

Le manager devra interagir avec les différents nœuds suivants ayant chacun leurs rôles spécifiques :

• RefereeBox Comm : recevoir les données envoyées par la RefereeBox et envoyer des données suivant l'état du jeu à la RefereeBox
• Robots Comm : communiquer aux autres robots les informations concernant ce que chacun font
• Traitement des TAGs : lire les TAG
• Traitement des feux : lire l'état des colonnes de feu
• Pince de préhension : ouvrir et fermer la pince et renvoyer l'état de la pince
• Approche finale : s'adapter au banc de charge ou de décharge de produits
• Génération trajectoire : détermine une trajectoire pour aller au lieu (X,Y)
• Réalisation trajectoire : parcourir la trajectoire
• Localisation : savoir périodiquement (faible période) où se situe le robot
• Détection d'obstacle : détecter les obstacles fixes et mobiles

Choix techniques : matériel et logiciel

• Utilisation de trois robotinos
• Utilisation de ROS (Robot Operating System), c'est un ensemble d'outils informatiques open source permettant de développer des logiciels pour la robotique. Il est disponible sous environnement Linux en version stable. Ce système travaille en utilisant des nœuds qui communiquent entre eux à l'aide de services (requête-réponse) et de topics (fichiers).
• Utilisation de différents langages : C++ ou Python (nœuds)
• Travail sous Linux Ubuntu 12.04 car utilisation de la version HYDRO de ROS

Etapes du projet

• Prise en main de ROS et du C++
• Élaboration de l'algorithme du manager pour la phase d'exploration
• Élaboration de l'algorithme du manager pour la phase de production
  • Coopération entre robots
  • Répartition des tâches
• Codage du manager
• Tests et corrections

Avancement du Projet

Semaine 1

• Prise en main de ROS
• Réalisation des tutoriels ROS disponibles au lien http://wiki.ros.org/fr/ROS/Tutorials
• Réalisation de différents tutoriels C++
• Connaissance plus aiguë du sujet de l'Open German 2015

Semaine 2

• Réflexions autour de la structure du manager : deux nœuds
  • Un nœud exécuteur de tâches
  • Un nœud générateur de tâches
• Réflexions sur l'algorithme général du manager concernant la phase d'exploration
  • Fonctionnement par zoning pour la répartition des tâches des trois robots
  • Réflexion autour d'une alternative de répartition par distances les plus courtes entre machines
• Recherche de solutions pour la phase de production
  • Documentation autour de la planification de tâches et la génération de tâche pour une équipe
  • Recherche autour de la coopération et de l'allocation de rôles à des robots multi-tâches
• Organisation générale
  • Structuration d'un échéancier numérique sous Asana
  • Demande d'autorisation pour l'ouverture de la salle C002 auprès de M. Scrive

Semaine 3

Voilà un lien permettant d'accéder au sujet provisoire de la Robocup 2015 : Sujet

• Réflexions au sujet des infos à communiquer au nœud AutresRobotsComm :
  • Ce que le robotino fait
  • Quelle machine le robotino est en train d'utiliser

• Réflexions au niveau de l'algorithme de la phase de production
  • Proposition de le faire sous le principe de "Diviser pour mieux régner" (validé par M. Vincent Coelen)
    • Diviser la tâche principale en sous-tâches, les sous-tâches en sous-sous-tâches et les sous-sous-tâches en sous-sous-sous-tâches élémentaires.
  • Détermination des tâches à réaliser pour un exemple particulier

On souhaite produire, pendant une durée déterminée par la refBox, le produit suivant :

Le produit est composé d’une base bleue, d’un ring rouge, d’un ring vert et d’un cap noir.

Obtenir Base Bleue

->Aller à la Base Station
  générateur trajectoire
  exécuteur trajectoire
->Vérifier si machine OK
  approche finale
  traitement feux
->Prendre produit
  RefBoxComm (dire à la Base Station quelle base est souhaitée et à quelle banc le robotino est) 
  approche finale 
  pince (prendre)

Obtenir ring rouge

->Aller à une Ring Station
  Laquelle ? laquelle est inoccupée ? la plus proche ? (RobotsComm)
  générateur de trajectoire
  exécuteur de trajectoire
->Vérifier si machine OK
  approche finale
  traitement feux
->Prendre produit 
  RefBoxComm (pour dire quel produit et quel banc de livraison)
  approche finale
  pince (déposer)
  pince (prendre)

Obtenir ring vert

->Aller à une Ring Station
   Laquelle ? laquelle est inoccupée ? la plus proche ? (RobotsComm)
   (Du coup la plus proche sera celle où on vient de faire le ring précédent)
   générateur de trajectoire
   exécuteur de trajectoire
->Vérifier si machine OK
   dire à la Ring Station quelle base est souhaitée ( ici, la verte )
   approche finale
   traitement feux
->Prendre produit 
   RefBoxComm (pour dire quel produit et quel banc de livraison)
   approche finale
   pince (déposer)
   pince (prendre)

Finaliser produit

->Aller à une Cap Station
   Laquelle ? laquelle est inoccupée ? la plus proche ? (RobotsComm)
   générateur de trajectoire
   exécuteur de trajectoire
->Vérifier si machine OK
   dire à la Cap Station quelle cap est souhaité ( ici, le noir )
   approche finale
   traitement feux
->Prendre produit 
   RefBoxComm (pour dire quel banc de livraison)
   approche finale
   pince (prendre)
->Déposer à la Delivery Station
   générateur de trajectoire (vers la Delivery Station)
   exécuteur de trajectoire
   approche finale
   pince (déposer)

• Organisation générale :
  • Création de la page Facebook de l'équipe PYRO Team

Semaine 4

• Écriture des sous-tâches à réaliser
  • Pseudo-codes de certaines sous-tâches réalisées
• Recherche d'ordonnancement optimisé pour la fabrication du produit
  • Recherche d'algorithmes
  • Visualisation du problème d'ordonnancement concernant l'exemple précédent (base bleue, ring vert, ring rouge, cap noir)

Ici, on a pris en plus en hypothèse le fait que la Ring Station (RS1) est capable de mettre des rings rouges ou verts et que la RS2 est capable de de mettre des rings bleus et rouges. Afin de mieux appréhender le problème, nous nous sommes attachés à effectuer un tableau récapitulant les tâches à effectuer pour le produit exemple et à réaliser un graphe mettant en avant les contraintes de précédence de chaque tâche.

Semaine 5

Durant cette semaine, nous avons réfléchi sur le choix de structures pour nos données :

• Une liste principale de tous les produits demandés par la RefBox à un instant t. Cette liste principale a les caractéristiques suivantes :
  • Une Priorité sera calculée pour chaque produit avec les paramètres suivants :
    • Nombre de points que peut apporter la production d'un produit de A à Z.
    • Une estimation du temps de production d'un produit.
    • La date limite de livraison du produit demandé
  • Une tâche est élue si sa priorité est supérieure ou égale à celle des autres tâches.
  • Quand la RefBox demande un produit, une cellule sera ajoutée dans cette liste. Et de même, quand un produit sera terminé, on le supprimera de cette liste.
• Chaque produit de la liste principale va contenir une liste de tâches correspondantes à la production de ce produit. Cette liste de tâches a les caractéristiques suivantes :
  • Chaque cellule correspond à une tâche de la production d'un produit. Une tâche contient différents champs :
    • Intitulé de la tâche (par exemple ajouter une base)
    • Produit concernée (par exemple P3)
    • Priorité de la tâche (par exemple 20)
    • Temps restant estimé de production (par exemple 180s)
  • A chaque fois qu'une tâche est réalisée, elle sera supprimée de la liste de tâches. Ce qui veut dire, qu'on va devoir calculé à nouveau la priorité de chaque tâche de la liste principale.
  • Afin de respecter les contraintes de précédence, on considérera que la tâche en tête de la liste de tâches peut être élue. Par exemple, on ne peut pas ajouter un Ring si on n'a pas de base.

L'exemple suivant simule le cas où la RefBox a demandé deux fois le produit P3 et deux fois le produit P2.

• Le produit P3 est réalisable en cinq tâches.Ce produit mettra plus de temps à être fabriqué mais rapportera plus de points.
• Le produit P2 est réalisable en quatre tâches.

Différentes remarques utiles :

• Avant de commencer à réaliser n'importe quel produit, il faudra au préalable vérifier si on a libérer un espace de stockage pour plusieurs raisons :
  • Les Cap Stations ayant initialement aucun cap en stock, il faut les ramener de l'étagère qui en contient initialement car un produit est dit fini lorsqu'il a à son sommet un cap.
  • L'étagère ayant été débarrassée d'un cap, cela permet d'avoir un espace de stockage afin de déposer des produits finis en attente de livraison ou des produits non finis dont on voudrait mettre en pause la production.
• Il sera peut être des fois plus avantageux d'abandonner temporairement la production d'un produit :
  • Il vaut mieux faire en sorte de terminer un seul produit sur deux dans les temps plutôt qu'aucun car du fait de la parallélisation de la fabrication des produits, on peut être surchargé de travail.
  • Un produit livré durant le laps de temps demandé rapportera plus de points non négligeables.
• Un tableau sera nécessaire afin de savoir ce qu'il y a les espaces de stockage avec les champs suivants :
  • Type de produit
  • Liste de tâches restantes pour la fabrication du produit (pour un produit fini cette liste est donc nulle)
  • Date de début de livraison
  • Date de fin de livraison
  • Emplacement de l'espace de stockage

Semaine 6

• Différentes fonctions et actions en pseudo code pour le générateur de tâches
  • Fonction qui retourne un booléen suivant si un produit est en stock ou non
  • Fonction qui retourne un booléen suivant si on doit livrer le produit à présent ou non
  • Fonction qui retourne un booléen suivant si on a déjà ou non mis le travail à faire dans la structure contenant les tâches à réaliser
  • Fonction qui retourne le nombre de points que rapporte un produit passé en paramètre
  • Action qui rajoute les nouveaux ordres de production dans la liste de listes de tâches
  • Action qui calcule le ratio pour chaque tâche
  • Action qui supprime les tâches vides (ie celles qui sont terminées)
• Début de l'écriture en pseudo code de la fonction principale

• Discussion avec M. Vincent Coelen concernant l'avancement du projet :
  • Validation par M. Coelen Vincent des portions de pseudo code déjà écrites
  • Discussion autour de la mise en place d'un arrêt immédiat des robots à tout moment du jeu
  • Amélioration concernant la robustesse de l'algorithme si un robot n'est plus en état de fonctionnement

• Différentes remarques utiles :
  • Branche concernant le manager créée sur le git de l'équipe
  • Discussion avec d'autres membres de l'équipe sur les services et les topics à envoyer et à recevoir aux nœuds du manager

Semaine 7

Générateur de tâches

Début du codage C++ :

• Création de différentes classes :
  • La classe Tache (tache.h et tache.cpp)
  • La classe Stockage (stockage.h et stockage.cpp)
  • La classe RefBoxComm (refboxcomm.h)
• Création de différentes fonctions :
  • Dans tache.h et tache.cpp :
    • point_par_produit : retourne le nombre de points que vaut un produit
    • dans_les_temps : retourne un booléen indiquant s'il est temps de ramener le produit
  • Dans listetaches.h et listetaches.cpp :
    • creation_liste_taches_prod : retourne une liste de taches à partir d'un produit passé en paramètre
    • creation_liste_taches_act  : retourne une liste de taches à partir d'un produit et d'une action passés en paramètres
  • Dans tableaustockage.h :
    • produit_en_stock : retourne un booléen indiquant si au moins un produit est en stock
  • Dans travail.h et travail.cpp :
    • deja_dans_travail : retourne un booléen indiquant si un ordre de la RefBox a déjà été pris en compte dans la structure contenant les tâches à réaliser
    • max_ratio : retourne l'objet Tache qui a le plus grand ratio dans la structure contenant les tâches à réaliser
    • rajout_dans_travail : rajoute un nouvel ordre de la RefBox dans la structure contenant les tâches à réaliser
    • calcul_ratio : calcule le ratio de chaque premier de liste de la structure contenant les tâches à réaliser

Les codes sont disponibles sur le git
Des tests ont été réalisés afin de valider les fonctions crées en particulier les fonctions contenues dans travail.h et travail.cpp
Voici un petit aperçu de la console :

Ainsi, les quatres fonctions fonctionnent parfaitement :

• deja_dans_travail indique bien que l'ordre de la RefBox n'a pas encore pris en compte
• max_ratio retourne bien la tâche dont le ratio est maximum
• rajout_dans_travail rajoute en fin de liste la liste de tâches pour la première création d'un produit P0 car un cap est disponible , puis il concatène une liste contenant en tête la tâche "Decapsuler" avec la liste de tâches pour la seconde création d'un produit P0. En effet, la RefBox a demandé deux fois le produit P0 et on ne peut créer un produit tant qu'un cap n'est pas disponible.
• calcul_ratio calcule le ratio de chaque première tâche en fonction du nombre de points et du temps, de plus, si c'est le bon moment pour déstocker un produit il passe cette tâche "Destocker" en priorité (liste 6), en outre, la création d'un produit (liste 1 et liste 7) est prioritaire à l'unique tâche "Decapsuler" (listes 2, 3, 4 et 5) .

Nous avons enfin reçu le sujet 2015 pour la compétition 2015, il est disponible ici

• Modification à réaliser :
  • la fonction de création de liste de tâches
  • l'ordonnancement (en partie)
  • calcul de ratio de chaque tâche

Exécuteur de tâches

L'éxécuteur de taches va recevoir des ordres de la part du générateur de taches . En fonction de ces ordres, il enverra des demandes d'exécution/d'informations aux autres noeuds. Il y a donc un seul générateur de taches et trois exécuteurs de taches ( on a trois robotinos ). Voici les classes qui correspondent à chaque exécuteur de taches :

• Machine est une classe abstraite qui servira à la création des quatre classes filles qui représenteront les quatre machines de la compétition.
  • string type sera donc BaseStation, RingStation, CapStation ou DeliveryStation.
  • Pose2D centreMachine est un point(x,y,theta) qui va correspondre au retour du noeud de localisation (Projet 36)
  • Pose2D entreeMachine est un point(x,y,theta) qui sera calculé afin de pouvoir déterminer l'emplacement exacte du convoyeur pour déposer un produit
  • Pose2D sortieMachine est un point(x,y,theta) qui sera calculé afin de pouvoir déterminer l'emplacement exacte du convoyeur pour prendre un produit
• BaseStation est une classe fille de la classe "Machine".
  • int baseRouge, int baseNoir et int baseArgent vont correspondre aux nombres de bases rouges, bases noires, base argentes respectivement.
• RingStation est une classe fille de la classe "Machine".
  • int ringVert, int ringJaune, int ringBleu et ringOrange vont correspondre aux nombres de rings verts, rings jaunes, rings bleus et rings oranges respectivement.
• CapStation est une classe fille de la classe "Machine".
  • int capNoir et int capGris vont correspondre aux nombres de caps noirs et caps gris respectivement.
  • int stock[3] est un tableau qui va correspondre aux trois emplacements stockage de la capStation.
  • 'Pose2D stockage est un point(x,y,theta) qui correspond à l'emplacement de la première zone de stockage.

Semaine 8

Générateur de tâches

• Création du service pour l'envoi des ordres pour l’exécuteur de tâches avec pour contenu:
  • Numéro du robot
    • 1, 2 ou 3
  • Ordre
    • ChercherBase
    • MettreCap
    • ChercherCap
    • MettreRing
    • ChercherRing
    • RamenerBaseRS
    • Livrer
    • Decapsuler
    • Destocker
  • Paramètre
    • noir
    • argent
    • rouge
    • orange
    • jaune
    • bleu
    • vert
    • gris
    • DS
    • stock
    • aucun
  • Id
    • 0, 1, 2, 3, 4, 5 ou 6

L'exécuteur de tâches du robot concerné doit envoyer en retour :

• un booléen qui indique si l'ordre est accepté ou non
• l'ordre pris en compte
• l'Id de retour

Création d'un nœud ROS pour le débogage à l'aide de ddd
Création d'un nœud ROS pour similer l'envoi et la réception des ordres

Création de la classe action qui range les informations contenues dans le topic envoyé par l'exécuteur de tâches
Utilisation de la classe action dans la fonction principale pour la phase de production
Test OK cependant le traitement des informations ne se fait pas suffisamment rapidement pour une utilisation pratique

Exécuteur de tâches

L'exécuteur de taches est un noeud qui recevra des ordres de la part du générateur de taches et qui, à son tour, va envoyer des ordres aux autres noeuds.

Avec ROS, on peut communiquer entre les différents noeuds de plusieurs façons. En voici deux qui sont principalement utilisés :

• Les Topics : qui sont souvent utilisés pour publier des valeurs de données en continues
• Les services : qui permettent d'envoyer un ordre à un noeud (REQUEST) et qui permettent de recevoir de bonne réception de l'ordre (RESPONSE)

Voici le schéma de communication entre les différents noeuds, en rouge on a les services et en bleu les topics :

Semaine 9

Exécuteur de tâches

Après avoir discuter avec les autres membres de l'équipe, nous avons réalisé quelques modification au niveau des communications entre l'exécuteur de taches et les autres noeuds. En fait, les services permettent d'envoyer une requête au serveur correspondant et ensuite le client reçoit une réponse de bonne réception de la requête. Alors que les topics permettent d'envoyer, à une certaine fréquence, les valeurs de variables qui correspondent à ce topic. Ainsi, on remarque qu'on aurait besoin d'utiliser un "mélange" de ces deux moyens de communication. En Ros, cela existe : les actions .

Voici donc à nouveau le schéma de communication :

Semaine 10

Exécuteur de tâches

Afin de pouvoir tester l'interaction de l'exécuteur de taches avec les autres noeuds, nous avons du faire des "faux noeuds" étant donné que les "vrais noeuds" n'étaient pas encore terminés.

Voici une figure qui montre que l'exécuteur de taches, en haut à gauche, est en attente de recevoir des ordres du générateurs de taches, à coté de l'exécuteur : Fichier:Before order.tiff

Ceci est une représentation de la phase d'exploration. En effet, dans cette phase l'exécuteur de taches vas recevoir un ordre du générateur de taches pour explorer une zone de la map. Il va donc demander au noeud navigation de se déplacer vers le point en bas à gauche de la zone. Dès l'arrivée, l'exécuteur de taches va demander au noeud "approche finale" de s'approcher de la machine afin de lire son ArTag. Grace à ce dernier, il pourra savoir de quelle machine s'agit-il et si le Robotino est du coté de l'entrée ou de la sortie. Parce que, en fait, s'il est en entrée l'exécuteur de taches va demander à la navigation puis l'approche finale d'aller au cotée sortie de la machine puisque la colonne de feu se trouve du coté sortie. Une fois arrivée au coté sortie, l'exécuteur de taches va demander au noeud du traitement feu de lire l'état des trois feus de la colonne FESTO. L'interprétation des feus se fait grâce à la refereeBox. En effet, la refereeBox, publie sur un topic, un tableau avec tous les états possibles de feux avec une chaine de caractères pour chaque état. L'exécuteur va donc pouvoir récupérer la chaine de caractères correspondante aux états de feus actuels de la machine explorée. L'exécuteur peut donc maintenant identifier une machine en envoyant : la zone explorée, l'id de l'ArTag trouvé, ainsi que la chaine de caractères qui correspond au feus.

Dans la figure précédente, le générateur de taches n'avait pas encore envoyé son ordre, on peut remarquer que l'exécuteur était en attente. Une fois l'ordre envoyé, comme dans la figure suivante, l'exécuteur peut commencer à donner des ordres aux autre noeuds : Fichier:After order.tiff
On remarque que l'exécuteur a communiqué avec tous les faux-noeuds pour enfin reporter une machine avec la refereeBox "fake réception refereeBox ". Notons que fait d'utiliser des "faux-noeuds" pour tester nos algorithmes nous permet de se placer dans le cas idéale.

Semaine 11

Cette semaine était consacré à l'amélioration de nos algorithmes et à la correction des bugs ainsi qu'à l'organisation de notre voyage.

Semaine 12

Nous sommes partis à Magdebourg le mardi 21/4. Le programme de la semaine était le suivant :
Mercredi, Jeudi  : jours de SetUp.
Nous avons profité de ses jours pour finaliser nos programmes en tant qu'équipe. Et de réaliser des tests sur la piste et de modifier nos programmes afin d'améliorer nos résultats. Nous avons aussi réalisé un merge de toutes les branches de notre git afin de tester les interactions des noeuds entre eux.
Vendredi,Samedi  : jours de matchs
En fonction des matches, nous modifions nos programmes afin d'améliorer nos programmes.
Dimanche  : Finale
Nous avons finis deuxième.

Semaine 13

Réalisation de la vidéo du projet et envoi d'un mail à M. Laurent Engels pour convertir la vidéo dans les différents formats demandés

Fichiers Rendus

Fichier:Manager.zip
Fichier:Manager msg.zip
Fichier:RapportProjetSmaggheHage.pdf