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Aerostack2

Desarrolla tu enjambre de drones desde simulación a real

Rafael Perez-Segui, Pedro Arias-Perez, 19/09/2024, Sevilla

https://github.com/aerostack2/demo_ROSConES24

Aerostack2 - ROSCon España 2024 Workshop

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Agenda

  • ¿Qué es Aerostack2?
  • Arquitectura
  • Ejemplos prácticos
    • Control por referencias al controlador
    • Control de ejecución de plan y estructura de un proyecto
    • Paso a real, uso de Crazyflies
    • Misión multi-agente compleja: Drone-convoy

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¿Qué es Aerostack2?

Aerostack2 en un framework de código abierto destinado al diseño y creación de sistemas aéreos multiagentes, basado en ROS 2.

Es una evolución de su predecesor Aerostack, usado por nuestro grupo Computer Vision & Aerial Robotics (CVAR) Group desde 2016.

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Especificaciones

  1. Modular y flexible
  2. Soporte de distintas plataformas
  3. Manejo de enjambres
  4. Facilidad en la creación de misiones
  5. Desarrollo seguro de sistemas
  6. Soporte de vuelos en interior y exterior

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Arquitectura

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Arquitectura

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Interfaz con los actuadores y sensores

Interfaz entre las distintas plataformas aéreas y sus sensores con Aerostack2.

  • Agnóstica a la plataforma
  • Facilita el paso de simulación a real
  • Permite trabajar con enjambres heterogéneos
  • Emplea los estándares de comunicación de ROS 2

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Plataformas soportadas

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Bitcraze Crazyflie 2.X

DJI Ryze Tello

Plataformas basadas en PX4 / Mavlink

DJI Matrice 200/300 series

Gazebo

AS2 Multirotor Simulator

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Gazebo Platform

  1. Especificar la simulación (world.yaml)

​

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​

  • Lanzar simulador de Gazebo

​

  • Lanzar una plataforma por drone (namespace = model_name)

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world_name: "empty"

drones:

- model_type: "crazyflie"

model_name: "drone0"

xyz:

- 0.0

- 0.0

- 0.3

- model_type: "crazyflie"

model_name: "drone1"

xyz:

- -0.5

- 0.0

- 0.3

- model_type: "crazyflie"

model_name: "drone2"

xyz:

- -1.0

- 0.0

- 0.3

​

ros2 launch as2_gazebo_assets launch_simulation.py

simulation_config_file:=<%= simulation_config_file %>

ros2 launch as2_platform_gazebo platform_gazebo_launch.py

namespace:=<%= drone_namespace %>

platform_config_file:=config/config.yaml

simulation_config_file:=<%= simulation_config_file %>

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Arquitectura

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State Estimator

Encargado de proporcionar el estado del dron.

  • Cargar y seleccionar plugins
  • Generar el árbol de TFs
  • Conversión entre geodésicas y cartesianas
  • Adaptar las entradas y salidas

​

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ros2 launch as2_state_estimator state_estimator_launch.py

namespace:=<%= drone_namespace %>

config_file:=config/config.yaml

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Motion Controller

Encargado del movimiento del dron.

  • Cargar y seleccionar plugins
  • Seleccionar el modo de control
  • Adaptar las entradas y salidas

​

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ros2 launch as2_motion_controller controller_launch.py

namespace:=<%= drone_namespace %>

config_file:=config/config.yaml

plugin_name:=pid_speed_controller

plugin_config_file:=config/pid_speed_controller.yaml

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Ejemplos prácticos

  1. Control por referencias al controlador
  2. Control de ejecución de plan y estructura de un proyecto
  3. Paso a real, uso de Crazyflies
  4. Misión multi-agente compleja: Drone-convoy

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Arquitectura

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Behaviors

  • Proporcionar una capa lógica para formular planes de misión de manera uniforme y más simplificada​
  • Cada comportamiento corresponde a una habilidad específica del robot relacionada​
  • Cada comportamiento encapsula el control y la supervisión de la ejecución de su tarea​
  • Se implementan ampliando las acciones de ROS 2 para proporcionar capacidades adicionales

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Behaviors

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# Motion Behaviors

- ros2 launch as2_behaviors_motion motion_behaviors_launch.py

namespace:=<%= drone_namespace %>

config_file:=config/config.yaml

# Trajectory Generation Behavior

- ros2 launch as2_behaviors_trajectory_generation generate_polynomial_trajectory_behavior_launch.py

namespace:=<%= drone_namespace %>

config_file:=config/config.yaml

# Point Gimbal Behavior

- ros2 launch as2_behaviors_perception point_gimbal_behavior.launch.py

namespace:=<%= drone_namespace %>

config_file:=config/config.yaml

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Arquitectura

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Plan Execution Control

Se encarga de la especificación del plan de misión y la supervisión de su ejecución.

​

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import rclpy​

from as2_python_api.drone_interface import DroneInterface​

​

rclpy.init()​

drone = DroneInterface(drone_id="drone0")​

​

drone.takeoff(height=1.0, speed=0.5)​

drone.go_to.go_to_point([1.0, 1.0, 2.0], speed=0.5, frame_id="earth")​

drone.land(speed=0.5)​

​

drone.shutdown()​

rclpy.shutdown()

"target": "drone0",​

"plan": [​

{​

"behavior": "takeoff",​

"args": {"height": 1.0, "speed": 0.5}},​

{​

"behavior": "go_to",​

"method": "go_to_point",​

"args": {"point": [1.0, 1.0, 2.0] , "speed": 0.5 , "frame_id": "earth"}},​

{​

"behavior": "land",​

"args": {"speed": 0.5 }}​

]

Behavior Trees

AS2 Mission Interpreter

AS2 Python API

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Arquitectura

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Mission Control

Destinado a facilitar la definición y supervisión de las misiones.

​

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AS2 GUI

AS2 Keyboard Teleoperation

AS2 Alphanumeric Viewer

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Ejemplos prácticos

  • Control por referencias al controlador
  • Control de ejecución de plan y estructura de un proyecto
  • Paso a real, uso de Crazyflies
  • Misión multi-agente compleja: Drone-convoy

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Use Cases:

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Use Cases:

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ARIAS-PEREZ, Pedro, et al. Exploring Unstructured Environments using Minimal Sensing on Cooperative Nano-Drones. arXiv preprint arXiv:2407.06706, 2024.

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Use Cases:

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Real World Experiment

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Even harder !!

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Agradecimientos

Principales autores:​

- Miguel Fernandez-Cortizas​

- Pedro Arias-Perez​

- Rafael Perez-Segui

- Javier Melero-Deza​​

- David Perez-Saura​

- Martin Molina​

- Pascual Campoy​

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Gracias por vuestra atención

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Desarrolla tu enjambre de drones desde simulación a real

Rafael Perez-Segui, Pedro Arias-Perez, 19/09/2024, Sevilla

https://github.com/aerostack2/demo_ROSConES24

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