Software Development for a 5-DOF Shotcrete Robot Using ROS, MoveIt, and Gazebo

Abstract

Denne avhandlingen utforsker Robot Operating System (ROS) som et alternativ for utviklingen av robotprogramvare for AMV sin maskinportefølje. Den dokumenterer spesifikt prosessen med å implementere ROS for 4200 Shotcrete roboten deres. Målet er å tilby et omfattende kunnskapsgrunnlag som gjør det mulig for AMV å ta en informert beslutning angående bruk av ROS for utviklingen av deres robotprogramvare. AMV 4200 Shotcrete er designet for sprøyting av sprøytebetong på bergoverflater. Den er utstyrt med en robotarm med 5 frihetsgrader som opprinnelig er designet for manuell styring. Imidlertid har AMV startet utviklingen av systemer som skal automatisere sprøyteoperasjonen for å øke effektiviteten og kvaliteten. Avhandlingen inneholder en grundig introduksjon til ROS med spesifikt fokus på relevante funksjoner for AMV 4200 Shotcrete. Implementeringen av MoveIt og Gazebo blir utforsket som komplementære verktøy til ROS. MoveIt tilbyr verktøy for bevegelsesplanlegging og kinematikk, mens Gazebo fungerer som et simuleringmiljø. Det ble laget en robotmodel basert på designfilene til AMV 4200 roboten. Den omfatter egenskaper til roboten som er nødvendig for simulering, kinematikk og bevegelsesplanlegging. Konfigurasjonen og testing av MoveIt og Gazebo med AMV 4200 er dokumentert, og praktiske utfordringer knyttet til bruk av ROS, Gazebo og MoveIt for denne spesifikke roboten er diskutert. Bevegelsesplanleggingen i MoveIt ble testet med en typisk sprøyteopreasjon, og resultatene var svært lovende. Flere nyttige funksjoner i Gazebo ble presentert og diskutert, men det ble ikke tid til grundig testing av disse funksjonene med AMV 4200 roboten. Basert på resultatene og opparbeidet erfaring på bruken av ROS, MoveIt og Gazebo, har disse verktøyene potensial til å drastisk redusere tiden som kreves for å utvikle robotprogramvare av høy kvalitet.

This thesis offers an exploration of the Robot Operating System (ROS) as a viable option for AMV in developing robotic software for their portfolio of machines. It specifically documents the process of implementing ROS for their 4200 Shotcrete robot. The objective is to provide a comprehensive knowledge base that enables AMV to make an informed decision regarding the adoption of ROS for their robotic software development. The AMV 4200 Shotcrete vehicle is designed for spraying shotcrete on rocky surfaces. It is equipped with a 5-degree-of-freedom (DOF) robotic arm, originally designed to be operated manually. However, AMV has initiated development to automate the spraying operation, enhancing efficiency and quality. A comprehensive introduction to ROS is included in this report, focusing on its relevant features for the AMV 4200 Shotcrete. It explores the integration of MoveIt and Gazebo, which complement ROS by offering essential functionalities. MoveIt provides tools for motion planning and kinematics, while Gazebo serves as a simulation environment. A robot model was created based on the design files of the AMV 4200 Shotcrete, encompassing the necessary properties for simulation, kinematics, and motion planning. The successful configuration and initial testing of MoveIt and Gazebo with the AMV 4200 Shotcrete have been documented, accompanied by a discussion on overcoming practical challenges associated with utilizing ROS, Gazebo, and MoveIt for this particular robot. The motion planning capabilities of MoveIt were tested with a typical use case for the AMV 4200 Shotcrete, and the results demonstrated great promise. Several useful features of Gazebo have been presented and discussed, but not enough time was set aside to test them with the AMV 4200 Shotcrete. Based on the results and accumulated experience, the utilization of ROS, MoveIt, and Gazebo has the potential to substantially reduce the development time required to create high-quality robotics software for AMV.