Δημιουργία εκπαιδευτικών προσομοιώσεων και λογισμικών με χρήση του ROS 2

Abstract

Η Διπλωματική εργασία παρουσιάζει προσομοιώσεις και λογισμικά τα οποία είναι προορισμένα για την διδασκαλία τους στην Τριτοβάθμια εκπαίδευση. Ο στόχος της εργασίας είναι να βοηθήσει φοιτητές να κατανοήσουν κάποιες από τις λειτουργίες του λογισμικού ROS 2 μέσα από την ενασχόληση τους με προσομοιώσεις ρομπότ οι οποίες μπορούν να έχουν και πραγματικές προεκτάσεις. Στο πρώτο κεφάλαιο, παρουσιάζεται το λογισμικού του ROS 2, πραγματοποιείται η εγκατάσταση του, αναλύονται εκτενώς τα χαρακτηριστικά του και αναφέρονται κάποιες διαφορές συγκριτικά με την προηγούμενη έκδοση του. Στο δεύτερο κεφάλαιο, δημιουργείται μια προσομοίωση ενός ρομπότ με δύο ρόδες και παρουσιάζονται το περιβάλλον οπτικοποίησης Rviz2 και προσομοίωσης Gazebo Classic. Στο τρίτο κεφάλαιο, δημιουργείται ένας βραχίονας δύο βαθμών ελευθερίας και επιτυγχάνεται ο έλεγχος του με χρήση του πακέτου ros2_control. Το τέταρτο κεφάλαιο, παρουσιάζει την προσθήκη αισθητήρων σε ένα ρομπότ διαφορικής κίνησης και αναπτύσσεται ένας απλός αλγόριθμος αποφυγής εμποδίων σε γλώσσα Python. Τα δύο τελευταία κεφάλαια της εργασίας έχουν σαν κύριο στόχο την παρουσίαση κάποιων απλών χαρακτηριστικών δύο πακέτων του ROS2, τα οποία είναι το Nav2 και MoveIt2. Παράλληλα σαν συμπλήρωμα της διπλωματικής εργασίας, δημιουργήθηκαν παρουσιάσεις κατάλληλες για διδασκαλία και διαμορφώθηκαν κατάλληλα αποθετήρια ώστε οι κώδικες που αναπτύχθηκαν να είναι προσβάσιμοι στο ευρύ κοινό.The thesis presents simulations and software which are intended for teaching them in higher education. The aim of the thesis is to help students to understand some of the functions of ROS 2 software through dealing with robot simulations which can have real-world implications. In the first chapter, the ROS 2 software is introduced, its installation is performed, its features are extensively analyzed and some differences compared to the previous version are mentioned. In the second chapter, a simulation of a robot with two wheels is created and the visualization environment Rviz2 and simulation environment Gazebo Classic are presented. In the third chapter, a two-degree-of-freedom arm is created and its control is achieved using the ros2_control package. Chapter four, presents the addition of sensors to a differential drive robot and a simple obstacle avoidance algorithm is developed using Python. The last two chapters of the thesis have as their main goal the presentation of some simple features of two ROS2 packages, which are Nav2 and MoveIt2. As a complement to the thesis, presentations suitable for teaching were created and appropriate repositories were formed so that the codes developed are accessible to the general public.