Добавить новость
smi24.net
News in English
Август
2023

How to simplify robotics research with a native, ROS-based system

0

The Robot Operating System (ROS) is a powerful open-source platform for robotics research, but until recently it lacked industrial-quality hardware that is tightly integrated with the ROS software stack. Robot equipment manufacturers use proprietary, closed-source software and control systems for their manipulators, leaving researchers with a steep hill to climb in order to use ROS on industrial robots.

Addressing this need and advancing the capabilities of the ROS development community, Tormach has created a ROS-based industrial robotic manipulator and control system that avoids “black box” issues that plague modern robotics applications. Additionally, Tormach’s control system, PathPilot, uses Python as the robot programming language, creating an intuitive programming interface for robot motion and unleashing the potential of the Python package ecosystem.

This open-source, ROS-based robotics platform – which includes the control system, industrial robot hardware, and full access to all system parameters – creates a fast, accessible solution that brings industrial robotics to more researchers, developers, and students.

The problem with ROS and proprietary robot control systems

Robot control manufacturers are hesitant to allow ROS developers to access all the system parameters in their closed-source controls for the following reasons:

  • They have invested significant resources into developing and testing their proprietary control systems and don’t want to expose the inner workings of their system to external researchers for fear of losing intellectual property.
  • There are risks associated with exposing the system parameters to external researchers. Untested usage may
    introduce bugs or other issues that could compromise the safety or reliability of the system.
  • Legal or contractual obligations often prevent manufacturers from sharing proprietary information with external parties.
  • They may be concerned about potential liability issues if their closed-source control systems are modified by external parties.
  • There is little financial incentive for most manufacturers, and in many cases, there is a strong disincentive: the need to invest in additional documentation, training, and support infrastructure to enable researchers to work with their control systems effectively.

For these reasons, integrations between ROS and commercially available robot hardware are limited. While drivers exist to connect ROS to other industrial robots, their low (10 – 100Hz) bandwidth implementations simply drip-feed waypoints to a proprietary, closed-source controller.

As a result, the user may not have access to whether or not the robot adheres to timing, velocity, and path accuracy intents. Data like motor torque, current, following error is usually unavailable, and the slow control loop severely limits what researchers can accomplish.

The OpeN-AM experimental platform, installed at the VULCAN instrument, features a Tormach ZA6 robotic arm that prints layers of molten metal to create complex shapes. Studying the 3D-printed welds microscopically with beams of neutrons allows researchers to better understand factors such as stress caused by heating and cooling. (Credit: ORNL/Jill Hemman)

Motor and drive feedback to ROS

The ROS/HAL hardware and software stack offers feedback that can provide valuable control opportunities.

The ZA6 provides the following:

  • Feedback from each joint, standard configuration: position, velocity feedback, torque feedback in SI units, following error, diagnostics-like error code, with configuration, drives can also report additional diagnostics like motor/encoder temperatures and error code history.
  • 10 digital inputs + 12 digital outputs (one digital input usable as probe input)
  • HAL can report RT latency
  • Feedback from ROS and MoveIt, especially Cartesian pose

Most of these feedback elements focus on only the lower-level control layers. Higher-level control layers can provide other opportunities, depending on research needs.

Meet HAL: The open-source Hardware Abstraction Layer

The connection between ROS and a robot’s hardware relies on a hardware abstraction layer (HAL). HAL evolved out of the open-source Enhanced Machine Controller (EMC) project that had its origin 25 years ago at the National Institute of Standards and Testing (NIST).

Active development of HAL continues today via the LinuxCNC and Machinekit projects because HAL is flexible, 100% open-source, and is used in thousands of machines around the world.

HAL consists of modular components (loadable binary modules) that communicate with each other by updating, reading, and writing named pins that connect via named signals. In some ways, HAL is like ROS, but there are important differences:

  • Using PREEMPT-RT Linux extensions, HAL components written in C execute in a 1kHz real-time thread with minimum jitter.
  • HAL has many pre-written components designed for low-level hardware control (PWM generators, stepper driver step generators, BLDC and three-phase motor controls, and more. A full list can be found here.

The Tormach robot bridges the gap between ROS with the open-source hal_ros_control component. The combination of HAL and ROS allows a wealth of robot data to be exposed to the user. All process data is accessible via shell commands, data logger utilities, and a graphical scope. All information on the EtherCAT bus, including torque, current, following error, position, velocity, and more are available at 1 kHz and exposed via HAL to ROS.

Since HAL is modular and flexible, users can alter their robot’s HAL configuration using pre-built HAL components or by writing new components in C or Python, allowing easy integration with almost any external device or process.

Preconfigured for ROS

Previously, using a commercially available robot with ROS requires finding and downloading the appropriate driver for the control, a URDF file to describe kinematics; creating a moveit configuration, choosing one or more planners, IK solvers, and perhaps finding and bringing solid models into Rviz. Configuring a new robot for use with ROS is challenging even for experienced ROS developers.

Python, a programming language that’s been in use for decades, makes programming a Tormach
robot accessible for many. The sheer number of devices and software that run on Python means the ZA6 has a seemingly countless number of integrations that are possible.

An optimized default ROS configuration for the manipulator, like that provided by Tormach as part of the control, helps alleviate many of these issues. The URDF model (unified robot description format) is defined, motion pipelines are configured, and trajectory planners and kinematics solvers are selected and optimized so that the robot is ready to work out of the box.

The robot hardware, user interface, and robot programming language are fully documented and supported by Tormach. Go here for documentation.

The robot’s default ROS configuration will be ideal for most applications, saving months of configuration time, and it’s also open-ended to allow users to develop their own unique configurations at will.

Python: the robot’s programming language

The lack of an industry-standard robot programming language led Tormach to choose Python for its ZA6 robot. The Tormach Robot Programming Language (TRPL) uses the Python 3 interpreter and works similarly to other common robot programming languages, with commands for different move types, commands to read and set inputs and outputs, and commands to set and change tool and user frames. The language is documented here.

It is important to note that any Python 3 program is a valid robot program. The robot’s ability to interpret any Python program means that almost any Python package can be imported to help with more challenging robot tasks. Examples include:

  • Using the csv and http requests libraries to upload data files recorded by the robot to a web server.
  • Using opencv to recognize ArUco markers for visual servoing and localization.
  • Using numpy and kdl to calculate forces in cartesian space from the joint torque feedback and robot Jacobian.
  • Using Twilio to send text messages from the robot.
  • Using ChatGPT and the Python OpenAI API to conversationally create robot programs – example here.

While the TRPL interpreter simplifies a lot of programming tasks like move commands and offsets, power users who are familiar with ROS are able to access the underlying ROS API directly. Find more information here.

Leif Sorgule, tech educator in Peru, New York, released a set of educator-focused projects using the ZA6.

Suitable for research and education

The PathPilot user interface makes it easy to write simple teach-mode programs to help students learn the concepts they need to be successful in industrial robotics. Unlike other robots designed for the classroom, the ZA6 teaches industrial robot concepts like user frames, tool frames, waypoint programming, and Cartesian-versus-joint angle waypoint types. Another reason to use the robot as a teaching tool is its easy-to-learn user interface.

The PathPilot user interface makes it easy to write simple teach-mode programs to help students learn the concepts they need to be successful in industrial robotics. Unlike other robots designed for the classroom, the ZA6 teaches industrial robot concepts like user frames, tool frames, waypoint programming, and Cartesian-versus-joint angle waypoint types. Another reason to use the robot as a teaching tool is its easy-to-learn user interface.

Dr. John Wen at Rensselaer Polytechnic Institute is developing Robot Raconteur, which is a royalty-free project intended to provide a solution to distributed control and component interfaces. The system is designed precisely for the scenario of an engineer wanting to control a component from a high-level language in distributed or non-distributed conditions.

See how researchers at RPI have integrated the Tormach robot into its Robot Raconteur program for force-torque control.

The post How to simplify robotics research with a native, ROS-based system appeared first on The Robot Report.








Ольга Романив: как вести себя с мужчиной, который нравится

Бизнесу усиливают защиту: двойной канал связи для безопасности

Marins Park Hotel Ростов – это больше, чем просто отель

Письмо с душой из Marins Park Hotel Екатеринбург


First confirmed death during Trump ICE raid is a farmworkers at a California cannabis facility

Son Of British Boxing Legend Retires From The Sport Aged Just 24: “Won’t Be Fighting Again”

Trump's cuts force Texas food banks to ration supplies for flood survivors

Dow futures sink as Trump keeps pushing tariffs while White House suggests Powell’s job could be at risk


Каршеринг BelkaCar запустил новый сезон проекта «Умные путешествия»

The sun of the North

В Курской области установился 3-й класс пожарной опасности

Дивеево


MMORPG Lord Nine: Infinite Class выпустят в Юго-Восточной Азии 31 июля

I've swapped modern live service games for a browser game that's been running since 2009

Those shadow giants in the distance in Elden Ring Nightreign are over 2 miles tall⁠—almost as big as the Erdtree⁠—and nobody even mentions them in the game

The Expanse RPG's developers are 'humbled' by comparisons to BioWare's heyday, but don't expect it to be a straight Mass Effect clone: 'We make our story a little bit differently'



У пятилетнего Макара вторая степень тугоухости

«Искуситель», «Актриса» и «Пиковая дама»: топ 3 спектаклей сентября

Клинический психолог Юлия Тарибо: каким типам личностей сложно было вместе

«Турбозавры» поучаствовали в Дне московского транспорта


Москва прощается с жарой: жителей столицы предупредили о ливнях и грозах

«Турбозавры» поучаствовали в Дне московского транспорта

Многим рискует: юрист сказал, как сидит «золотой» экс-полковник Захарченко

Юрист Хаминский назвал возможных наследников режиссёра Юрия Мороза


СМИ: Байкер разбился насмерть в ДТП с машиной на Раменской пойме в Подмосковье

Девочка утонула в реке в Новой Москве

Собачки охотно познают дзен и меняют цвет шерсти: в Москве прошёл фестиваль "PETSHOP DAYS"

Ливень, гроза, град и ветер: москвичей предупредили о непогоде до утра вторника


Синнер впервые стал победителем Уимблдона

Кудерметова стала первой россиянкой, выигравшей парный разряд Уимблдона с 2017 года

Подмосковный теннисист стал призером юниорского Уимблдона

Теннистка Кудерметова впервые в карьере выиграла Уимблдон в парном разряде


Невыносимая жара отступает: Вильфанд предупреждает о похолодании на этой неделе

Центр красоты и эстетической медицины S.LUX — вы выглядите так, как ощущаете себя

Проверить стыковку и показать «разрядку»: полвека назад началась советско-американская миссия «Союз» — «Аполлон»

Врач рассказал об опасности теплового удара для сердечно-сосудистых больных


Музыкальные новости

Певица МакSим о зависимости, из-за которой была на дне: «Мне говорили, если ты не пьешь, то ты не артист»

Музыканты поделились чувствами после прощального концерта Оззи Осборна

Суд в Петербурге может признать экстремистской одну из песен группы «Порнофильмы»

Создание Ремикса. Создание ремикса музыки. Создание хитовых ремиксов музыки.


У пятилетнего Макара вторая степень тугоухости

В Подмосковье за один вечер молнии три раза ударили в дома

«Искуситель», «Актриса» и «Пиковая дама»: топ 3 спектаклей сентября

Клинический психолог Юлия Тарибо: каким типам личностей сложно было вместе


Время покупать? В России дешевеет вторичное жилье

В Подмосковье состоялась жеребьевка Кубка Александра Овечкина

Ремикс Песни. Создание ремикса Песни. Создание Хитового ремикса песни.

«ЦСКА-Чемпион»: клуб в восьмой раз стал обладателем Суперкубка России


СМИ: Байкер разбился насмерть в ДТП с машиной на Раменской пойме в Подмосковье

КАМАЗ-4280 начал тестовую эксплуатацию на маршруте в Подмосковье

В Москве мужчина ограбил магазин на АЗС, угрожая пистолетом

Вскрытие без последствий – сервис «Спас-замков»


"Пока Путин не заметит это безобразие": Пономарев резко высказался о легионерах в РПЛ

В США сделали смелое заявление в отношении Путина.

В РФ раскрыли замысел Трампа после его попыток шантажировать Путина

Посол Акира Муто: Япония будет приветствовать возможную встречу Путина и Трампа




Косметолог Наталья Рябинова: в чем разница между эстетическим и медицинским трихологом

Врач-офтальмолог Элина Санторо: как выбрать идеальные солнцезащитные очки

Врач-трихолог Мадина Осман: как часто можно делать пересадку волос

Клинический психолог Юлия Тарибо: каким типам личностей сложно было вместе


ВСУ атаковали дронами женщин под Сумами: Били за надпись "Мы русские"


«Спартак» продлил контракт с люксембургским футболистом Мартинсом

Раскрыто расписание Олимпийских игр 2028 года в Лос-Анджелесе.

«Турбозавры» поучаствовали в Дне московского транспорта

Росгвардейцы из Чеченской Республики стали победителями и призерами чемпионата Северо-Кавказского округа Росгвардии по комплексному единоборству


«Нам в Минске надо учиться». Лукашенко похвалил Беглова за зимнюю уборку Петербурга

Лукашенко заявил о необходимости проверки чиновников за манипуляции с ценами.

Губернатор Петербурга Александр Беглов встретился с президентом Республики Беларусь Лукашенко

Лукашенко предложил Петербургу ремонтировать всю белорусскую технику


Собянин рассказал о предпрофессиональных каникулах для школьников

Сергей Собянин: роботы и электромашины на страже московских улиц

Собянин встретился с новоселами дома по реновации в Хорошево-Мневниках

Сергей Собянин: Взяли курс на развитие высокотехнологичного сектора


Платформа Spark.ru - полезное пространство для представителей малого и среднего бизнеса

РЭО запускает акселератор для экологических центров на базе Плехановского университета

Spark.ru - экосистема, объединяющая представителей бизнеса, экспертов и инвесторов

В НОВОМ ОТЧЕТЕ LG ОБ УСТОЙЧИВОМ РАЗВИТИИ ОТМЕЧЕН ПРОГРЕСС В ДОСТИЖЕНИИ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ЦЕЛЕЙ 2030 ГОДА


Москва прощается с жарой: жителей столицы предупредили о ливнях и грозах

Врач рассказал об опасности теплового удара для сердечно-сосудистых больных

Центр красоты и эстетической медицины S.LUX — вы выглядите так, как ощущаете себя

Сергей Собянин: В Москве появятся три новых пешеходных моста к 2027 году


Алтайский край оказался в числе регионов-аутсайдеров по доступности вторичного жилья

В городе Барнауле стартовал третий этап смотра-конкурса на звание "Лучшее звено газодымозащитной службы" среди Главных управлений МЧС России

Фестиваль духовых оркестров пройдет в трех городах Поморья по случаю Дня ВМФ

Беспроводной сканер штрих-кодов SAOTRON P05i промышленного класса


Крыму и еще 24 регионам России спишут долги на миллиарды рублей

Прогноз погоды в Крыму на 13 июля

Под Симферополем горят десятки гектаров леса

Симферополь частично остался без света утром 14 июля


"Модели стали менеджерами и зарубили весь креатив": вице-президент АКАР Владимир Евстафьев

Машины - новые, водители - только молодые. Какую программу готовят автомобилистам России?

Андрей Воробьев рассказал об открытии новых школ в Подмосковье к 1 сентября

Ливень, гроза, град и ветер: москвичей предупредили о непогоде до утра вторника














СМИ24.net — правдивые новости, непрерывно 24/7 на русском языке с ежеминутным обновлением *