Поиск по сайту Поиск

Роботы в облаках: совмещение ROS и Jupyter

Робототехника — одна из самых популярных и прогрессивно развивающихся отраслей. Ролики Boston Dynamics на YouTube собирают миллионы просмотров. Если вы давно хотели собрать собственную робособаку Spot, но не знали, с чего начать — вам на помощь придёт облачная робототехника, Jupyter и ROS. В этой статье мы расскажем, как исследователям удалось совместить эти инструменты в удобном интерфейсе для более быстрой разработки программ, управляющих роботами.

Jupyter пользуется большой популярностью в data science, но пока еще не находит широкого применения в робототехнике. Не так давно сотрудниками компании Quantstack была выпущена первая версия пакета jupyter-ros — набора интерактивных виджетов Jupyter, аналогичных по своим возможностям Qt и Rviz. Поскольку облачная робототехника начинает активно развиваться, эти инструменты могут очень пригодиться разработчикам.

Animated GIF
Танцующий робот PR2 в браузере

Исторически сообщество ROS пользуется средствами Qt для создания пользовательских интерфейсов. На сегодняшний день блокнот Jupyter и фреймворк ipywidgets предлагают убедительную по нескольким причинам альтернативу:

— Код и интерфейс не разделены, оба находятся в одном блокноте.

— Доступно создание сложных виджетов с использованием браузерных технологий: от JavaScript-слайдеров до 3D с WebGL и потокового видео в реальном времени с WebRTC.

— Поддержка любого веб-браузера, нет привязки к Linux.

— Не нужно компилировать Qt-приложения.

— Не требуется локальный запуск. Приложения могут работать на удалённом сервере без какой-либо ручной настройки или установки.

Однако ROS не очень хорошо взаимодействует с Jupyter. Библиотека rospy по сути является многопоточной (каждый новый подписчик ROS-топика создаёт новый поток). Если возникнет необходимость вывести отладочные сообщения, то Jupyter напечатает их в области вывода активной ячейки блокнота, превратив её в огромное нагромождение текста. И остановка печати логов будет довольно проблематичной.

Jupyter-ros спешит на помощь

Поэтому и был создан jupyter-ros. Это набор плагинов для экосистемы Jupyter, позволяющий с лёгкостью работать с ROS.  

https://cdn-images-1.medium.com/max/800/1*35w3erSL2xz0mp9le6YNyg.png
Пример ROS.ipynb: подписка с помощью jupyter-ros создаёт интерактивный виджет

Когда вы подписываетесь на топики с помощью jupyter-ros, функция возвращает ipywidget с кнопкой запуска / остановки и выделенной областью для вывода отладочной информации. То есть, весь вывод из потока подписчика перенаправляется в эту ячейку, и вы получаете полный контроль над ним. Можно в любое время остановить и перезапустить процесс.

https://cdn-images-1.medium.com/max/800/1*yBgrLtyCGlaZcUQnFV9Jpg.png

Если вы вызываете функцию издателя (publisher) в jupyter-ros, то виджет генерируется автоматически в зависимости от спецификации сообщения. Например, поле String становится виджетом ввода текста, а Float32 превращается в слайдер.

Animated GIF
Прямая передача данных IMU из BBC micro:bit

Ещё одна интересная функция: построение графиков прямо в процессе работы программы, похожее на rqt-plot. Для этого используется инструмент bqplot. С помощью jupyter-ros можно автоматически отобразить на графике необходимые данные из сообщений.

Как насчёт 3D?

Большинство роботов — трёхмерные, поэтому нам нужна визуализация! В ROS на данный момент используется Rviz, очень мощный инструмент для работы с объёмными объектами.

Некоторые функции RViz уже были перенесены в браузер в программе RobotVebTools. Взяв за основу их впечатляющую работу, разработчики из Quantstack выпустили первую версию виджетов ROS3D Jupyter. С их помощью можно визуализировать различные типы данных: лазерное сканирование, траектории движения и 3D-модели роботов.

Благодаря ipywidgetification вы можете создавать сложные визуализации прямо в браузере без JavaScript и свободно размещать их в JupyterLab.

Jupyter, виджеты и облачная робототехника

В облачной робототехнике часть программного обеспечения для одного или нескольких роботов выполняется на мощных компьютерах в дата-центрах. Jupyter и JuputerLab являются идеальными кандидатами для разработки такого ПО. Клиентские программы роботов смогут работать в едином удобном интерфейсе без необходимости устанавливать дополнительные расширения или запускать определённую операционную систему (разные версии ROS обычно совместимы с разными Ubuntu). Это даёт простор для возможностей: с JupyterLab и jupyter-ros можно даже запустить Docker-контейнер на облачных серверах.

Например, если вам нужно обрабатывать много данных, поступающих с датчиков, или отрисовывать массивные карты — на наших серверах стоят мощные GPU NVIDIA Tesla V100, с которыми эти задачи будут выполняться гораздо быстрее.

Продемонстрируем, как использовать jupyter-ros на сервере.

Пример использования jupyter-ros

Для начала нам понадобится настроенная среда ROS. Для удобства будем использовать готовый docker-образ. 

Установка и настройка

1. Войдите в личный кабинет на сайте REG.RU и выберите услугу Облачные серверы. В открывшемся окне кликните на Добавить GPU. Выберите образ с Ubuntu 18.04 и тариф.

2. Зайдите на сервер через подключение по SSH с параметром -L и туннелированием. Это позволит в дальнейшем зайти в Jupyter через браузер на вашем компьютере:

Где 123.123.123.123 — IP сервера.

3. После подключения загрузите и запустите ROS-образ с поддержкой CUDA — для этого понадобится nvidia-docker, который уже установлен на сервере. Мы будем использовать последнюю версию ROS. 

4. Выполните скрипт, который автоматически настроит среду:

5. Теперь установите pip, Jupyter и необходимые для jupyter-ros пакеты следующими командами:

6. Запустите Jupyter:

Чтобы открыть интерфейс, в адресной строке браузера введите:

Запуск jupyter-ros

1. Для начала клонируйте репозиторий jupyter-ros в домашнюю папку. В окне Jupyter выберите New->terminal и введите команды:

Репозиторий успешно клонирован:

2. Проверим работу jupyter-ros на примере ROS 3D Grid.ipynb. Файл находится в папке jupyter-ros/notebooks.

Необходимо запустить процессы ROS с помощью команды roscore. Вернёмся в терминал Jupyter:

3. Теперь откроем и запустим файл:

Видим, что 3D-сетка успешно отображается.

⌘⌘⌘

Если раньше робототехника преимущественно развивалась в военной промышленности, то теперь она проникает и в другие отрасли. Машины научились не только удерживать равновесие и танцевать, но и помогать в бытовых делах, доставлять посылки и следить за состоянием здоровья людей. Роботы исследуют местность, где не может находиться человек — взять хотя бы марсоходы или ликвидаторы, разбиравшие радиоактивные завалы в Чернобыле, о которых умолчали в популярном сериале. Облачная робототехника должна стать мощным толчком в развитии технологий, позволяющих внедрять искусственный интеллект в системы управления роботами и существенно ускорять их разработку.

Примеры использования и исходный код jupyter-ros можно найти на GitHub.

С оригинальной статьёй можно ознакомиться в блоге Jupyter.

Domains weekly: месть Амазонии, победа Доткома и новости с полей битвы за .ORG

Domains weekly: месть Амазонии, победа Доткома и новости с полей битвы за .ORG

В очередном еженедельном дайджесте мы расскажем о протесте стран Амазонии против Amazon, выигранном споре за непродлённый вовремя домен и новых...
Read More
Support-гид: поиск ответов на вопросы по услугам REG.RU

Support-гид: поиск ответов на вопросы по услугам REG.RU

Что делать, когда возникает вопрос по работе сайта или онлайн-проекта? Можно попробовать найти решение в Google — но если проблема...
Read More
Domains weekly: конец стабильности .COM, детали продажи .ORG и сделки недели

Domains weekly: конец стабильности .COM, детали продажи .ORG и сделки недели

Из нового доменного дайджеста вы узнаете, может ли проигрыш спора за домен стать победой, чего ждать от повышения цен на...
Read More
PHP 7 или Как ускорить сайт за минуту без регистрации и СМС

PHP 7 или Как ускорить сайт за минуту без регистрации и СМС

Вы наверняка в курсе, что PHP удерживает лидерство среди языков, применяющихся для создания сайтов. В конце 2019 года версия PHP...
Read More
Приключенческая игра с самым опасным ИИ в мире

Приключенческая игра с самым опасным ИИ в мире

Долгие праздничные каникулы уже позади, но многим наверняка хочется ещё немного отдохнуть от серьёзных тем. Поэтому сегодня мы расскажем вам...
Read More
Новогодний чек-лист: не пропразднуй свой домен

Новогодний чек-лист: не пропразднуй свой домен

Не все задачи и дела подходят под фразу «А давайте уже после праздников». И те, что «горят прям горят», мы...
Read More
Domains weekly: рост Интернета, зона .AMAZON и домен на миллион

Domains weekly: рост Интернета, зона .AMAZON и домен на миллион

Приближаются праздники, и в доменной индустрии всё становится спокойнее… Или нет? Из последней подборки в этом году вы узнаете, насколько...
Read More
Итоги 2019 года в блоге REG.RU: создание сайтов, бэкапы, нейросети и UX‑дизайн

Итоги 2019 года в блоге REG.RU: создание сайтов, бэкапы, нейросети и UX‑дизайн

Год приближается к финишной прямой, и редакция блога, следуя тренду, подводит его итоги. Сегодня мы поделимся материалами, которые вы больше...
Read More
Стэнфордский курс: лекция 10. Рекуррентные нейронные сети

Стэнфордский курс: лекция 10. Рекуррентные нейронные сети

В прошлый раз мы рассказали о нескольких популярных свёрточных архитектурах и узнали об их влиянии на развитие машинного обучения. В...
Read More
Domains weekly: карта Интернет-мира, перспективы Китая и доменная зависть

Domains weekly: карта Интернет-мира, перспективы Китая и доменная зависть

Новая подборка новостей будет очень полезной для домейнеров. Насколько активно страны мира регистрируют сайты в своих национальных доменных зонах? Есть...
Read More