Hardware-in-the-loop simulace mobilního robotického systému

Bc. Michael BOSÁK

Diplomová práce

Hardware-in-the-loop Simulation of Mobile Robotics System

Abstract:

This thesis is focused on the development of ROS2-based AGV platform IOT Bot's HIL simulation. In the beginning, the kinematic model of robotic system computing its current position and orientation in 2D space is built. This model and the dynamic model of robot's wheels' revolutions are implemented in SIMIT simulation platform. The robot's mechatronic model and the script determining its position and orientation are implemented in NX MCD. This model is used for the comparison of kinematic model's results and for 3D visualization. The outputs of both models are compared with the positions are orientations measured by navigational system and the models' functionality is verified. Both models are used in two simulation concepts. The first concept is the SIL simulation. The ROS2-SIMIT Bridge is developed for the purposes of this concept. The robot is controlled by the ROS2 nodes implemented in the same device as the robot's simulation. The second concept is the HIL simulation. The simulated robot is controlled by the same HW and SW as the real one. The OPC UA interface is used for the communication between the device controlling robot and the device where the robot's simulation runs.

Abstract:

Tato práce se zabývá vývojem HIL simulace AGV platformy IOT Bot založené na ROS2. Nejprve je sestaven kinematický model robotického systému počítající aktuální pozici a orientaci robota ve 2D prostoru. Tento model je implementován v simulační platformě SIMIT spolu s dynamickým modelem otáček kol robota. V prostředí NX MCD je implementován mechatronický model robota a algoritmus pro určení jeho polohy a orientace. Tento model slouží k porovnání výsledků kinematického modelu a pro 3D vizualizaci. Výstupy obou modelů jsou porovnány s pozicí a orientací reálného robota měřenou navigačním systémem. Tím je ověřena funkčnost obou modelů. Oba modely jsou použity ve dvou simulačních konceptech. Prvním konceptem je SIL simulace pro jejíž účely je vyvinut ROS2-SIMIT konektor a robot je v této simulaci ovládán pomocí ROS2 aplikací implementovaných na stejném zařízení jako simulace. Druhým konceptem je HIL simulace, kdy je simulace robota ovládána stejným HW a SW jako reálný robot. Komunikace mezi zařízením ovládajícího robota a zařízením, kde běží simulace, je implementována pomocí rozhraní OPC UA.

Keywords

HIL simulace, SIL simulace, Virtuální uvádění do provozu, Matematické modelování, Digitální dvojče, Mobilní robot, ROS2, OPC UA

Jazyk práce: angličtina

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 22. 5. 2023

Zveřejnit od: 31. 12. 2999

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: Ing. Martin Goubej, Ph.D.

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI

Fakulta aplikovaných věd

Magisterský studijní program / obor:
Aplikované vědy a informatika / Kybernetika a řídicí technika