Grundlagen der Robotik mit ROS 2

Seminarziel

Das Ziel des Seminars ist es, Teilnehmenden eine Einführung in ROS 2 (Robot Operating System) zu bieten. Sie lernen, wie sie ROS 2 installieren, konfigurieren und effektiv für die Entwicklung autonomer Robotersysteme nutzen können. Der Kurs deckt grundlegende Konzepte, Programmierungstechniken und die Integration von Hardwarekomponenten ab. Die Teilnehmer erwerben praktische Fähigkeiten durch die Arbeit an spezifischen Projekten, die sie auf realistische Anwendungsszenarien in der Robotik vorbereiten.

Inhalt

• Einführung in ROS 2
  • Was ist ROS 2 und warum wird es verwendet? Ein Überblick über das Robot Operating System, seine Hauptkomponenten und die Vorteile seiner Verwendung in verschiedenen Robotikprojekten.
  • Überblick über die ROS-Community und Ressourcen: Vorstellung der globalen ROS-Community, wichtiger Online-Plattformen und Ressourcen, die für Anfänger und Fortgeschrittene zur Verfügung stehen.
• Installation und Einrichtung
  • Installation von ROS 2: Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Installation von ROS 2.
  • Einrichten der ROS-2-Umgebung und erste Schritte: Erläuterung der Konfiguration der ROS-Umgebung, Verwendung der Befehlszeilenschnittstelle und Einrichten eines einfachen ROS-Workspace.
• Grundlegende ROS-Konzepte
  • Nodes & Topics, Services und Actions: Einführung in die Kommunikationskonzepte von ROS.
  • Messages: Funktionsweise und Einsatz.
• Erstellen einfacher Publisher und Subscriber
  • Erstellen eines Publishers: Schrittweise Anleitung zum Erstellen eines ROS-Publishers, der Nachrichten über ein bestimmtes Topic sendet.
  • Erstellen eines Subscribers: Anleitung zum Einrichten eines ROS-Subscribers, der Nachrichten von einem Publisher empfängt und darauf reagiert.
• ROS-Pakete und Bibliotheken
  • Erstellung und Verwaltung von ROS-Paketen: Grundlagen zum Erstellen, Verwalten und Verteilen von ROS-Paketen, einschließlich der Nutzung des colcon-Werkzeugs.
  • Übersicht über wichtige ROS-Bibliotheken: Vorstellung der wichtigsten ROS-Bibliotheken und Erweiterungen.
• Visualisierungswerkzeuge
  • Einführung in RViz: Grundlagen und praktische Demonstrationen zur Nutzung von RViz, einem Werkzeug für die 3D-Visualisierung von Robotikdaten.
  • Einführung in Gazebo: Grundlagen des 3D-Simulators Gazebo, der in ROS zur realitätsnahen Simulation von Robotern, Sensoren und Umgebungen verwendet wird.
• Aufzeichnung von ROS-2-Datenströmen
  • Einführung in rosbag2: Nutzung von "ros2 bag" zum Aufzeichnen (record) und Wiedergeben (play) von ROS-2-Datenströmen (Topics).
  • Analyse von Sensordaten: Nutzung von "ros2 bag" zur Analyse (info) und Untersuchung von Metadaten (Topics, Nachrichtentypen, Dauer).
• Integration von Sensoren und Aktoren
  • Einführung in die Arduino-Plattform: Aufbau einer Beispielschaltung mit Sensoren und Aktoren sowie Entwicklung eines Steuerungsskripts (Sketch).
  • Anbindung an ROS 2: Einbindung der zuvor erstellten Sensor-/Aktor-Schaltung in ROS 2 über den Arduino-Mikrocontroller mittels Publisher und Subscriber.