android robot interface

164 Pages·2012·31.17 MB·Spanish

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID

DEPARTAMENTO DE AUTOMÁTICA
INGENIERÍA ELECTRÓNICA
E INFORMÁTICA INDUSTRIAL

División de Ingeniería de Sistemas
y Automática (DISAM)

ARI
Android Robot Interface

Android Robot Interface

AUTOR: Francisco Javier Mata Sanz

TUTOR: Carlos Hernández Corbato
Ricardo Sanz Bravo
Resumen
Este proyecto trata sobre el diseño de una interfaz gráfica de control basada en
Android. La interfaz diseñada ARI, Android Robot Interface, permite el control de
robotsqueimplementanelsistemaROS,RobotOperatingSystem.
ElsistemaoperativoROSesunframeworkquepermiteeldesarrollodesoftwarepara
aplicacionesrobóticas.LabasedeROSconsisteenproporcionarunsistemaoperativo
conlafuncionalidaddeunclústerinformáticoheterogéneo.ROSfuedesarrolladoen
2007bajoelnombrede"switchyard"porelStanfordArtificialIntelligenceLaboratory,
con apoyo del proyecto Stanford AI Robot (STAIR). A partir de 2008, el desarrollo
continuó principalmente en Willow Garage, un instituto de investigación de robótica
conmásdeveinteinstitucionesquecolaboranenunmodelodedesarrollofederado.
Laaplicación estádesarrolladapara funcionarsobreel sistemaoperativo Android.
Al contrario que otros sistemas operativos para dispositivos móviles como iOS o
Windows Phone, Android se desarrolla de forma abierta. La estructura del sistema
operativo Android se componede aplicaciones quese ejecutan en unframeworkJava
de aplicaciones orientadas a objetos. Estas aplicaciones corren sobre el núcleo de
las bibliotecas de Java en una máquina virtual Dalvik con compilación en tiempo de
ejecución.
Dalvikeslamáquinavirtualqueutilizalaplataforma,diseñadaporDanBornstein
concontribucionesdeotrosingenierosdeGoogle.Dalvikestáoptimizadapararequerir
poca memoria y está diseñada para permitir ejecutar varias instancias de la máquina
virtual simultáneamente, delegando en el sistema operativo subyacente el soporte de
aislamientodeprocesos,gestióndememoriaehilos.
ARIpermitealusuarioelcontroldesistemasrobóticosdesarrolladosenelequipo
de investigación de ASLab. El Laboratorio de Sistemas Autónomos (ASLab) es un
grupode investigación centradoenel desarrollodelatecnología necesariaparaobtener
sistemasautónomosyrobustos.
Los Sistemas Autónomos (AS), suponen la parte más emocionante para la
investigación técnica. Son verdaderamente sistemas muy complicados y se hacen
absolutamente carísimos en el esfuerzo. Es necesaria una gran capacidad tanto de
concentración,como deabstracción paraconseguirrealizar avances enlainvestigación
deestatécnica.
ANDROIDROBOTINTERFACE II
FranciscoJavierMataSanz
RESUMEN
ASLabestáconcienciadoypreparadoparacambiarelpuntodevistaqueaportan
losmodelostípicosenlainvestigaciónacadémica.Pero,enciertosentido,serealizan
actividades desde una postura de miras al mundo industrial. Se pretende desarrollar
tecnologíaparasistemasautónomosenelmundoreal,deformaquesedotaráalosseres
humanosdelibertaddesupervisiónunavezquequeelsistemaestéenfuncionamiento.
Ellosseráncapacesdeauto-gestionarse.
Dentro del proyecto ASys existe una parte de prueba de los sistemas de control
desarrollados.ElrobotHiggsesunadeesaspartes,enconcretodelASysRobotControl
Testbed (RCT), seleccionadapara lademostración de ladimensión cognitiva másalta
enunsistemafísico.
La aplicación ARI es la herramienta de control de los sistemas robóticos
desarrollados por el equipo de investigación de ASLab , ofreciendo al usuario una
interfazportátilysencillaparalainteraccióncondichossistemas.
ANDROIDROBOTINTERFACE III
FranciscoJavierMataSanz
ParatiabueloPaco,
estosiguesignificandomuchoparamí.
Volvamosacompartirlojuntos.
Elquehacomenzadobien,
estáalamitaddelaobra.
QUINTO HORACIO FLACO
Máslevaleaunhombretenerlabocacerrada,
yquelosdemáslecreantonto,
queabrirlayquelosdemásseconvenzandequeloes.
PITÁGORAS DE SAMOS
Agradecimientos
Este proyecto no habría sido posible de no ser por todas aquellas personas que
me apoyan. Siempre lo han hecho y espero que nunca dejen de hacerlo. En muchas
ocasionesésteapoyotehacesermásfuerte,hacerfrentealosproblemas,yplantarcara
atodoloquesetevengaencima.Nosoypartidariodetirarlatoalla,nuncahepensado
enellocomoalgoposible.Siporelcontrario,optaspor abandonarenelintento,puede
que nunca se llegue a apreciar ese esfuerzo. La clave está en poner ganas, coger aire,
resoplar,levantarlavistayenfrentarseaello.
A lo largo de estos últimos cinco años me he visto en situaciones difíciles,
complicadas. No es fácil salir de casa para estudiar en otro lugar. Por ello quiero
agradecer la experiencia de vida que he compartido con mis compañeros de piso,
Miquel,JaviyFer.
ARicardoSanzyCarlosHernández,directorycoordinadordeesteproyecto,porsu
apoyo, orientacióny ayuda enel desarrollo delmismo, así comosu disposiciónplena
pararesolvercualquiertipodeduda.Agradecertambiénelhabercompartidotodasu
experienciaconmigo,yaqueheaprendidoamanejarme enunáreaquenoseenseñaen
ningunaparte,sinoqueseadquiereconlaexperienciadeunomismo.
A mis amigos de infinita paciencia. He aprendido de cada uno cosas distintas, a
convivir, a sentir interés por temas que nunca me hubiera planteado explorar por mi
cuenta.
Atodamifamilia,portodoloquehahechopormí.Amistías,NinesyLoli,que
siempremehanofrecidosucariñoyanimadoparaconseguiraquelloporloqueluché.
A mi abuelo Pepe, porque siempre quiere lo mejor para toda su familia y se esfuerza
al máximo en que así sea, eso tampoco se enseña en ningún lado, sólo de observar y
comprender.GraciasatitambiénabueloPaco,porque creo queesteespírituingenieril
proviene plenamente de tu estilo de vida. A mis abuelas, por tantas oraciones y por
preocuparse a todas horas por mi bienestar. Siempre sabré que estaréis cuidando de
nosotros,vuestrosnietos,delamejormaneraquesabéis.
Finalmente a mis padres y a mis hermanas, por la educación que he recibido de
vosotros,porquecadadíaaprendoasermejorpersonacuandoosveoyporqueaúnnos
quedamuchoporcompartir,vivirysentirjuntos.Osquieromucho.
ANDROIDROBOTINTERFACE V
FranciscoJavierMataSanz
DOCUMENTO I
MEMORIA
Índice
I. Memoria 8
1. Introducción 9
1.1. AutonomousSystems,ASys . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.2. AutonomousSystemsLaboratory,ASLab . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.3. HiggsRobot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.3.1. EstructuradeHiggs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.3.1.1. Laplataforma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.3.1.2. Componentesembarcados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.3.1.3. Sistemasadicionales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.3.2. Descripciónfuncionaldelrobot . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.4. Motivaciónyobjetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2. ESTADODELARTE 17
2.1. Android . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.1.1. Historiayprecedentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.1.2. Actualizaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.1.3. Características . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.2. ROS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.2.1. ROSfuerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.2.2. ROSJava . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.3. Sistemasdistribuidosdecomponentes . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.3.1. Propiedadesdelossistemasdistribuidos . . . . . . . . . . . . . . 27
3. ENTORNODEDESARROLLO 29
3.1. SistemaOperativo:Ubuntu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.2. ROS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.3. PlataformadedesarrolloEclipse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.3.1. ADTPlugin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4. ARQUITECTURADESISTEMA 34
4.1. ArquitecturadelsistemaHiggs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
4.2. ArquitecturadeAndroid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
ANDROIDROBOTINTERFACE 2
FranciscoJavierMataSanz
DOCUMENTOI.MEMORIA (cid:167) ÍNDICE
4.3. ArquitecturadeROS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
5. ARI:AndroidRobotInterface 50
5.1. CreacióndelproyectoAndroid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
5.2. Diseñográfico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
5.2.1. ComponentesgráficosenARI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
5.3. Desarrollosoftware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
6. RESULTADOSYCONCLUSIONES 80
7. DESARROLLOFUTURO 82
8. PLANIFICACIÓNYALCANCEDELPROYECTO 84
8.1. Estructuradedescomposicióndeltrabajo . . . . . . . . . . . . . . . . 84
8.2. DiagramadeGantt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
BIBLIOGRAFÍA 90
II. Anejos 91
1. Manualdeusuario 92
1.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
1.2. AsusTransformerPrime . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
1.3. Iniciodelaaplicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
1.4. RobotROS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
1.4.1. SystemStateViewer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
1.4.2. RobotOperation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
1.5. Clienteremoto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
1.5.1. Menúdeopcionesdelclienteremoto . . . . . . . . . . . . . . . . 108
1.6. Apagadodelaaplicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
III. Código fuente 120
1. CódigoJavadelaaplicación 121
1.1. MainActivity.java . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
1.2. RosActivityRobot.java . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
1.3. NodeMainExecutorService.java . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
1.4. RosRobot.java . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
1.5. TeleopFragment.java . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
1.6. NodeListFragment.java . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
1.7. RosDataObserver.java . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
1.8. VirtualJoystickView.java . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
ANDROIDROBOTINTERFACE 3
FranciscoJavierMataSanz
Índice de figuras
1. RobotHiggs.ObjetivodeldesarrollodelRCT.Bancodepruebasdesistemas
autónomos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2. TeléfonoHipTop,primerteléfonoquemarcaríalalíneadelosSmartphones. 18
3. HTCDream,elprimerteléfonoAndroiddelahistoria. . . . . . . . . . . . 18
4. Android1.5Cupkake . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
5. Android1.6Donut . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
6. Android2.0Eclair . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
7. Android2.2Froyo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
8. Android2.3Gingerbread . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
9. Android4.0IceCreamSandwich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
10. Conversiónde.jara.dex . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
11. ÚltimaactualizacióndeROS:ROSFUERTE . . . . . . . . . . . . . . . . 24
12. ROSJavapermitióeldesarrollodeaplicacionesparaAndroid. . . . . . . . 25
13. RobotquepuedesermanejadoconunSmartphoneconAndroid. . . . . . . 25
14. Arquitecturadeunsistemadistribuido. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
15. Ubuntu10.04LucidLynx . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
16. ROS:RoboticOperatingSystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
17. EntornodedesarrolloEclipseClassic.Versión4.2. . . . . . . . . . . . . . 32
18. AndroidDeveloperToolsPlugin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
19. Vistageneraldeflujosdemensajesdelsistema. . . . . . . . . . . . . . . . 35
20. VistageneraldelsistemarobóticoHiggs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
21. Histogramaparalacomprensióndelafigura20. . . . . . . . . . . . . . . . 37
22. LocalizaciónatravésdelpaquetedeROSamcl. . . . . . . . . . . . . . . . 38
23. Intefaz provista por elnodo move_basepara la comunicacióncon el resto de
componentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
24. Mapadecostedelrobotdurantelasimulación. . . . . . . . . . . . . . . . 39
25. Trayectoriasdevalorcalculadasporelpaquetebase_local_planner. . . . . 39
26. ArquitecturadepiladelsistemaAndroid. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
27. VersionesdelKerneldeLinuxdeAndroid . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
28. KerneldeLinuxdeAndroid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
29. LibreríasdelsistemaoperativoAndroid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
ANDROIDROBOTINTERFACE 4
FranciscoJavierMataSanz
DOCUMENTOI.MEMORIA (cid:167) ÍNDICE
30. EntornodeejecucióndelsistemaoperativoAndroid . . . . . . . . . . . . . 43
31. FrameworkdeaplicacionesdelsistemaoperativoAndroid . . . . . . . . . 44
32. MultimediaensistemaoperativoAndroid . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
33. AplicacionesdelsistemaoperativoAndroid . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
34. ControldelatrayectoriadeunamasasuspendidadeuncablemedianteROS. 48
35. ArquitecturaROSdelsistemadecontroldeunamasasuspendida. . . . . . 48
36. CreacióndeunproyectoAndroidenEclipse. . . . . . . . . . . . . . . . . 52
37. JerarquíadevistasdelainterfazdeusuarioAndroid. . . . . . . . . . . . . 53
38. EjemplodecódigoXMLdelainterfazgráficadeAndroid . . . . . . . . . 54
39. DiferentestemasdeAndroid. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
40. BarradesistemadeARI. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
41. NotificacionesenAndroid. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
42. Ejemplodebarradeacciones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
43. BarradeaccionesdeARI. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
44. ListadeinformaciónROSenARI. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
45. ScrollerenelsistemaAndroid. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
46. SpinnerdeopcionesdeARI. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
47. BotonesenelsistemaAndroid. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
48. CasillasdetextodeARIparacaptarinformaciónnecesaria. . . . . . . . . . 61
49. CuadrosdediálogoenAndroid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
50. AvisodeconfirmaciónAndroid. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
51. Diagramaparalautilizacióndeavisosdeconfirmación. . . . . . . . . . . . 63
52. VersionesdelsistemaoperativoAndroid. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
53. InterfazvisualdelaactividadprincipaldeARI. . . . . . . . . . . . . . . . 66
54. InterfazvisualdelaactividaddecontroldelrobotdeARI. . . . . . . . . . 66
55. DiagramadesecuenciadelciclodevidadeunaActividadAndroid. . . . . 67
56. ImplementacióndelosmétodosdelciclodevidadeunaactividadAndroid. 68
57. DiseñodelfuncionamientodefragmentosenARI. . . . . . . . . . . . . . 70
58. Fragmentos”NodeListFragment”y”NodeInfoFragment”deARI. . . . . . 70
59. MétodosqueimplementaelFragmentoTeleopFragmentdeARI. . . . . . . 71
60. DiagramadesecuenciadelciclodevidadeunFragmentAndroid. . . . . . 73
61. Diagrama de secuencia del ciclo de vida de ambos modos de un Servicio
Android. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
62. EstructuradeDescomposicióndelTrabajo . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
63. EstructuradeDescomposicióndelTrabajo . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
64. EstructuradeDescomposicióndelTrabajo . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
65. EstructuradeDescomposicióndelTrabajo . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
66. EstructuradeDescomposicióndelTrabajo . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
67. EstructuradeDescomposicióndelTrabajo . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
ANDROIDROBOTINTERFACE 5
FranciscoJavierMataSanz