خودرانی و ROS 2 - با انجام دادن بیاموزید! نقشه و محلی سازی

سرفصل ها و درس ها

مقدمه Introduction

• انگیزه دوره Course Motivation

• برنامه خودران The Self-Driving Program

• ارائه دوره Course Presentation

• با معلم خود آشنا شوید Meet your Teacher

• بیشترین بهره را از دوره ببرید Get the Most out of the Course

• مواد درسی Course Material

راه اندازی Setup

• اوبونتو را روی ماشین مجازی نصب کنید Install Ubuntu on Virtual Machine

• اوبونتو را روی Dual Boot نصب کنید Install Ubuntu on Dual Boot

• <LAB>ROS 2 Jazzy را در اوبونتو 24.04 نصب کنید</LAB> <LAB>Install ROS 2 Jazzy on Ubuntu 24.04</LAB>

• <LAB>ROS 2 Humble را در اوبونتو 22.04 نصب کنید</LAB> <LAB>Install ROS 2 Humble on Ubuntu 22.04</LAB>

• <LAB>محیط توسعه را پیکربندی کنید</LAB> <LAB>Configure the Development Environment</LAB>

• <HWLAB>محیط توسعه را در Raspberry Pi پیکربندی کنید</HWLAB> <HWLAB>Configure the Development Environment in Raspberry Pi</HWLAB>

• <HWLAB>ROS 2 را روی Raspberry Pi نصب کنید</HWLAB> <HWLAB>Install ROS 2 on Raspberry Pi</HWLAB>

• <LAB>آغاز با ربات شبیه سازی شده</LAB> <LAB>Getting Started with the Simulated Robot</LAB>

مقدمه ای بر ROS 2 Introduction to ROS 2

• چرا یک سیستم عامل ربات؟ Why a Robot Operating System?

• ROS 2 چیست؟ What is ROS 2

• چرا یک سیستم عامل ربات جدید؟ Why a NEW Robot Operating System

• معماری ROS 2 ROS 2 Architecture

• انتزاع سخت افزار Hardware Abstraction

• کنترل دستگاه سطح پایین Low-Level Device Control

• پیام رسانی بین فرآیند Messaging Between Process

• مدیریت بسته Package Management

• معماری یک برنامه ROS 2 Architecture of a ROS 2 Application

• مقدمه ای بر ROS 2 Introduction to ROS 2

• <LAB>یک Worksapce ایجاد و فعال کنید</LAB> <LAB>Create and Activate a Worksapce</LAB>

• <PY>ناشر ساده</PY> <PY>Simple Publisher</PY>

• <C++>ناشر ساده</C++> <C++>Simple Publisher</C++>

• <PY>مشترک ساده</PY> <PY>Simple Subscriber</PY>

• <C++>مشترک ساده</C++> <C++>Simple Subscriber</C++>

• فضاهای کاری، ناشران، مشترکین Workspaces, Publishers, Subscribers

احتمال برای رباتیک Probability for Robotics

• انگیزه Motivation

• متغیرهای تصادفی Random Variables

• احتمال شرطی Conditional Probability

• توزیع های احتمال Probability Distributions

• توزیع های گاوسی Gaussian Distributions

• قضیه احتمال کل Total Probability Theorem

• قانون بیز Bayes Rule

• نویز سنسور Sensor Noise

محلی سازی جهانی Global Localization

• من کجا هستم؟ Where am I ?

• بومی سازی ربات Robot Localization

• کنوانسیون رباتیک برای بومی سازی Robotics Convention for Localization

• چرا کنوانسیون رباتیک برای بومی سازی؟ Why a Robotics Convention for Localization?

• جهان ها و مدل های Gazebo Gazebo Worlds and Models

• <LAB>به ربات خانه بدهید</LAB> <LAB>Give an house to the Robot</LAB>

• بومی سازی محلی و جهانی Local and Global Localization

• محلی سازی محلی Local Localization

• محلی سازی جهانی Global Localization

• خطاهای کیلومتر شماری چرخ Wheel Odometry Errors

• خطاهای ردومتری لیزری Laser Odometry Errors

• هدف واقعی از محلی سازی جهانی The Real Purpose of Global Localization

• انتشار خطا Error Propagation

• مدل حرکت کیلومتر شمار Odometry Motion Model

• <PY>مدل حرکت کیلومتر شمار</PY> <PY>Odometry Motion Model</PY>

• <PY>مدل حرکت کیلومتر شمار با نویز</PY> <PY>Odometry Motion Model with Noise</PY>

• <C++>مدل حرکت کیلومتر شمار</C++> <C++>Odometry Motion Model</C++>

• <C++>مدل حرکت کیلومتر شمار با نویز</C++> <C++>Odometry Motion Model with Noise</C++>

• <LAB>مدل حرکت کیلومتر شمار</LAB> <LAB>Odometry Motion Model</LAB>

سنسورهای محلی سازی و نقشه برداری Sensors for Localization and Mapping

• نقشه چیست What is a Map

• چگونه ربات ها جهان را درک می کنند How Robots Perceive the World

• سنسورهای ربات های خودران Sensors for Self-Driving Robots

• سنسورهای 1 بعدی - سونار 1D Sensors - Sonar

• حسگرهای دو بعدی - LiDAR 2D Sensors - LiDAR

• <LAB>یک LiDAR دو بعدی به ربات اضافه کنید</LAB> <LAB>Add a 2D LiDAR to the Robot</LAB>

• <LAB>شبیه سازی LiDAR دو بعدی</LAB> <LAB>Simulate a 2D LiDAR</LAB>

• حسگرهای سه بعدی - دوربین های RGBD و 3D LiDAR 3D Sensors - RGBD Cameras and 3D LiDAR

• نظارت بر سرعت و جداسازی Speed and Separation Monitoring

• twist_mux twist_mux

• <PY>رله پیچشی</PY> <PY>Twist Relay</PY>

• <C++>رله پیچشی</C++> <C++>Twist Relay</C++>

• <LAB> twist_mux را پیکربندی کنید</LAB> <LAB>Configure twist_mux</LAB>

• <LAB>از twist_mux</LAB> استفاده کنید <LAB>Use twist_mux</LAB>

• <PY>ایستگاه ایمنی</PY> <PY>Safety Stop</PY>

• <C++>ایستگاه ایمنی</C++> <C++>Safety Stop</C++>

• <LAB>ایستگاه ایمنی</LAB> <LAB>Safety Stop</LAB>

• اقدامات ROS 2 ROS 2 Actions

• <PY>یک سرور اقدام ایجاد کنید</PY> <PY>Create an Action Server</PY>

• <C++>یک سرور اقدام ایجاد کنید</C++> <C++>Create an Action Server</C++>

• <LAB>یک سرور اقدام ایجاد کنید</LAB> <LAB>Create an Action Server</LAB>

• <PY>یک Action Client ایجاد کنید</PY> <PY>Create an Action Client</PY>

• <C++>یک Action Client ایجاد کنید</C++> <C++>Create an Action Client</C++>

• <LAB>یک Action Client ایجاد کنید</LAB> <LAB>Create an Action Client</LAB>

• <PY>نظارت بر سرعت و جداسازی</PY> <PY>Speed and Separation Monitoring</PY>

• <C++>نظارت بر سرعت و جداسازی</C++> <C++>Speed and Separation Monitoring</C++>

• <LAB>نظارت بر سرعت و جداسازی</LAB> <LAB>Speed and Separation Monitoring</LAB>

• <PY>نمایش نشانگرها در RViz</PY> <PY>Display Markers in RViz</PY>

• <C++>نمایش نشانگرها در RViz</C++> <C++>Display Markers in RViz</C++>

• <LAB>نمایش نشانگرها در RViz</LAB> <LAB>Display Markers in RViz</LAB>

نمایش نقشه ها Map Representations

• نمایش نقشه Map Representation

• نقشه های توپولوژیکی Topological Maps

• OccupancyGrid OccupancyGrid

• Octomap و Voxel Grids Octomap and Voxel Grids

• مقدمه ای بر Nav2 Introduction to Nav2

• گره های چرخه حیات ROS 2 ROS 2 Lifecycle Nodes

• <PY>یک گره چرخه حیات ایجاد کنید</PY> <PY>Create a Lifecycle Node</PY>

• <C++>یک گره چرخه زندگی ایجاد کنید</C++> <C++>Create a Lifecycle Node</C++>

• <LAB>ROS 2 Lifecycle CLI</LAB> <LAB>ROS 2 Lifecycle CLI</LAB>

• Nav2 map_server Nav2 map_server

• <LAB>Nav2 map_server</LAB> <LAB>Nav2 map_server</LAB>

• کیفیت خدمات Quality of Service

• <PY>Multi QoS Publisher</PY> <PY>Multi QoS Publisher</PY>

• <C++>Multi QoS Publisher</C++> <C++>Multi QoS Publisher</C++>

• <LAB>Multi QoS Publisher</LAB> <LAB>Multi QoS Publisher</LAB>

• <LAB>Nav2 map_server CLI</LAB> <LAB>Nav2 map_server CLI</LAB>

• Nav2 lifecycle_manager Nav2 lifecycle_manager

• <LAB>nav2_lifecycle_manager</LAB> <LAB>nav2_lifecycle_manager</LAB>

نقشه برداری با پوزهای شناخته شده Mapping with known Poses

• نقشه برداری با پوزهای شناخته شده Mapping with known Poses

• نقشه‌برداری شبکه اشغال Occupancy Grid Mapping

• <PY>ناشر شبکه اشغال</PY> <PY>Occupancy Grid Publisher</PY>

• <C++>ناشر شبکه اشغال</C++> <C++>Occupancy Grid Publisher</C++>

• <LAB>ناشر شبکه اشغال</LAB> <LAB>Occupancy Grid Publisher</LAB>

• پیام لیزر اسکن را درک کنید Understand LaserScan Message

• <PY>موانع را روی شبکه اشغال ترسیم کنید</PY> <PY>Draw Obstacles on Occupancy Grid</PY>

• <C++>کشیدن موانع روی شبکه اشغال</C++> <C++>Draw Obstacles on Occupancy Grid</C++>

• <LAB>موانع را روی شبکه اشغال ترسیم کنید</LAB> <LAB>Draw Obstacles on Occupancy Grid</LAB>

• مدل لیزری Laser Model

• <PY>مدل لیزر</PY> <PY>Laser Model</PY>

• <C++>مدل لیزر</C++> <C++>Laser Model</C++>

• <LAB>مدل لیزر</LAB> <LAB>Laser Model</LAB>

• شبکه اشغال احتمالی Probabilistic Occupancy Grid

• <PY>شبکه اشغال احتمالی</PY> <PY>Probabilistic Occupancy Grid</PY>

• <C++>شبکه اشغال احتمالی</C++> <C++>Probabilistic Occupancy Grid</C++>

• <LAB>شبکه اشغال احتمالی</LAB> <LAB>Probabilistic Occupancy Grid</LAB>

محلی سازی با نقشه شناخته شده Localization with known Map

• محلی سازی با نقشه شناخته شده Localization with known Map

• محلی سازی مبتنی بر نقشه Map-based Localization

• بومی سازی فرضیه های تک و چندگانه Single and Multiple Hypothesis Localization

• بومی سازی مارکوف Markov Localization

• نمونه گیری تصادفی Randomized Sampling

• بومی سازی مونت کارلو Monte Carlo Localization

• Nav2 AMCL Nav2 AMCL

• <LAB>Nav2 AMCL</LAB> <LAB>Nav2 AMCL</LAB>

• <LAB>استفاده از Nav2 AMCL</LAB> <LAB>Using Nav2 AMCL</LAB>

SLAM - محلی سازی و نقشه برداری همزمان SLAM - Simultaneous Localization and Mapping

• محلی سازی و نقشه برداری همزمان Simultaneous Localization and Mapping

• چرا رویکرد نقشه برداری دیگر؟ Why another Mapping approach?

• <LAB>چرا رویکرد نقشه برداری دیگر؟</LAB> <LAB>Why another Mapping approach?</LAB>

• مشکل مرغ و تخم مرغ Chicken and egg problem

• فیلتر ذرات SLAM Particle Filter SLAM

• EKF SLAM EKF SLAM

• نمودار SLAM Graph SLAM

• Graph SLAM - Front-End و Back-End Graph SLAM - Front-End and Back-End

• slam_toolbox slam_toolbox

• <LAB>slam_toolbox</LAB> <LAB>slam_toolbox</LAB>

• <LAB>استفاده از slam_toolbox</LAB> <LAB>Using slam_toolbox</LAB>

• <LAB>همه عملکردها را شروع کنید</LAB> <LAB>Start all the Functionalities</LAB>

ربات را بسازید Build the Robot

• مکانیک و الکترونیک Mechanics and Electronics

• آنچه شما قرار است نیاز داشته باشید What you are going to need

• درایورهای ROS 2 ROS 2 Drivers

• <HWLAB>درایور اسکنر لیزری ROS 2</HWLAB> <HWLAB>Laser Scanner ROS 2 Driver</HWLAB>

• <HWLAB>قوانین udev لینوکس</HWLAB> <HWLAB>Linux udev rules</HWLAB>

• <HWLAB>درایور Rplidar را پیکربندی کنید</HWLAB> <HWLAB>Configure Rplidar Driver</HWLAB>

• <HWLAB>شناسه دامنه ROS</HWLAB> <HWLAB>ROS DOMAIN ID</HWLAB>

• <LAB>روبات واقعی را راه اندازی کنید</LAB> <LAB>Launch the Real Robot</LAB>

نتیجه گیری Conclusions

• خلاصه Recap

• بعد چه می شود؟ What's Next?

• جایزه BONUS