ROS工业机器人和工业自动化竞赛Agile Robotics for Industrial Automation Competition (ARIAC)

本页概述了敏捷机器人工业自动化大赛（ARIAC）的规范。

本文档中经常使用以下术语

1. 订单：托盘上的零件列表和目标位置。
2. 部分：订单的一个元素。
3. 托盘：保持零件的表面。
4. 套件：构成订单的托盘和一组零件。

竞争情景

ARIAC要求参与者完成以工业场景为中心的一系列测试，这些测试基于由特定部件组成的建筑工具。机器人系统将在“工作环境”部分指定的环境中工作。

有三种不同的测试场景都涉及将零件从供应位置移动到托盘。可能的供应位置是传送带和固定箱。将在每种情况下引入挑战。有关情景的细节如下。

1. 情景1：基线套件建筑 第一种情况是作为与其他测试方法进行比较的一组基准任务。这种情况的任务是选择特定的部分并将它们放在托盘上。机器人手臂将收到订单，详细配件及他们的目标位置的列表。订单在订单部分中有更详细的说明。
2. 情景2：掉落部分 方案2的任务与情景1相同，但是一个或多个零件将从机器人的夹具中掉落。机器人放下零件后需要恢复，并完成给定的订单。恢复可能需要拾起掉落的部分，或者取出新的部分。
3. 情景3：进程中套件更改 当机器人正在组装一个工具包时，将会收到一个新的高优先级顺序，需要尽快完成。机器人将需要决定如何最好地完成这个新订单，然后完成以前的订单。

比赛将由15场试验组成：3场情景中的每一场的5次试验。每个试验将根据评分部分中概述的完成和效率指标获得分数。

环境

模拟环境是具有机器人臂，输送带，部件箱和托盘的工业接头工作单元的表示。

传送带是一个宽1米的平面，以0.2米/秒的固定速度将物体运送到工作环境中。在试用期间，零件不断出现在皮带上。当零件到达传送带的末端时，它们将被自动移除。团队可以在开发过程中控制输送带，但不能在最终的比赛中进行。

有八个零件可以用于建筑工具箱。这些垃圾箱中的零件一旦使用就不会更换。

安装在平行于输送带的线性致动器上的机器人手臂。线性执行器的尺寸为4 m。

两台自动导向车（AGV）位于线性执行机构的两端。这些工具箱是建立在这些AGV之上的。当套件准备好被带走时，团队将以编程方式向AGV发出信号。发信号的AGV将离开一段时间，然后用空的托盘返回。

用于组装套件的托盘为0.5×0.7米的平板托盘。

机器人手臂

每个试验中使用的机器人手臂将是Universal Robots UR10。

机器人臂的位置通过安装在其上的线性致动器进行控制。

手臂的末端装有真空夹具。真空夹具以二进制方式进行控制，并报告其是否成功夹持物体。

传感器

一个团队可以将传感器放在环境周围。每个传感器都有一个成本，进入最终的分数。

可用的传感器有：

1. 断线：报告光束是否被物体破坏。它不提供距离信息。
2. 激光扫描仪：提供与感测物体的距离阵列。
3. 康耐视逻辑摄像机：提供有关其视野内所有型号的姿势和类型的信息。
4. 接近度：检测对象的范围。

有关传感器成本的详细信息，请参阅成本部分。有关如何配置传感器位置的详细信息，请参阅配置规格。

订购

一个命令是一个包含用于机器人系统完成的工具包的指令。

每个订单将指定要组装的套件，即要放入套件的零件清单。

每个指定部分具有以下结构：

1. 零件的类型。
2. 托盘上部件的位置和方向。

有关详细信息，请参阅零件规格页面。

零件错误

每个AGV以上都是检测故障部件的质量控制传感器。如果团队正在填充托盘时检测到故障部件，那么这些部件应从托盘中取出并替换为相同类型的另一部分。错误的零件被认为是不需要的零件：当套件被提交时，它们不会计入任何点，如果留在托盘中，他们将为球队的所有部分奖金（参见下面的评分）计算。

评分

作为性能指标和成本的组合，每个试验将自动计算得分。有关详细信息，请参阅评分规范页面。

竞赛过程

每项试验将包括以下步骤：

1. 机器人以编程方式表示它能够开始接受订单。
2. 第一个订单（订单1）被发送到机器人。
3. 允许固定的时间完成订单。
4. 在掉落部分测试方法的情况下，最多三个部分将从夹具强行下落。
5. 在进程套件更换测试方法的情况下，将发出一个比先前发布的订单1更高优先级的新订单（订单2）。订单2完成后，订单1的建立将恢复。
6. 当套件完成并且准备好进行质量控制时，机器人以编程方式进行信号传递。
7. 将通知机器人系统，试用结束。当时间用完或者所有订单已经完成后，审判结束。

有关在试用期间如何与竞赛系统进行通信的详细信息，请参阅竞赛界面。

我们很高兴地宣布，Qualifier 3现在开放给敏捷机器人工业自动化大赛（ARIAC）！

ARIAC是一个基于模拟的比赛，旨在通过利用人造智能和机器人规划的最新进展来提高工业机器人系统的敏捷性。目标是使车间的工业机器人更有效率，更自主，并减少车间工作人员的时间。您可以在这里更多地了解比赛。邀请表现最好的团队出席在温哥华举行的2017年IROS期间的研讨会。

到目前为止，我们已经完成了资格赛1和2，您可以在这里看到的亮点： 

虽然前两个预选赛现已关闭，但仍有时间参加比赛。您将在2017年5月15日之前向Qualifier 3提交结果，并在6月初举行的决赛中获得一席之地。要了解如何参与，请访问ARIAC网站。http://gazebosim.org/ariac

敏捷机器人工业自动化竞赛（ARIAC）的目标是测试工业机器人系统的敏捷性，目的是使车间的工业机器人更有生产力，更自主，并减少车间的时间工人。

ARIAC将于2017年6月举行。参见下文有关比赛资格的重要信息。

凉亭将提供仿真基础设施。将使用自定义的一组模型，插件和脚本来模拟具有机器人手臂和动态对象的工业设置。

通告

最终比赛时间表公布：2017-05-08

随着资格任务3快速接近（5月15日）的提交截止日期，今天我们宣布ARIAC总决赛的时间表：

• 2017年6月12日：合格团队提交可选的竞赛前烟雾测试条目的截止日期，其中我们将对相关性，安装，编译和其他物流相关问题进行初步检查
• 2017年6月12日至14日：与团队进行烟雾测试和迭代，以帮助解决其条目的问题
• 2017年6月14日@ 11:59:59 UTC-07：00：合格团队最终提交的截止日期
• 2017年6月15日：最终提交的烟雾测试
• 2017年6月19日至20日：进行正式比赛
• 2017年6月21日：公告竞赛结果

如以前的公告所述，团队必须先注册才能获得资格，并且必须在完成最终竞赛的条目之前完成至少一项资格认定任务。 https://bitbucket.org/osrf/ariac/wiki/configuration_spec

本页介绍如何通过选择和放置传感器和机器人臂来配置过程中心仿真环境。

整个试用配置通常由两个配置文件组成：

• 详细说明了竞争对手的具体细节“用户无法控制的”试用配置文件“
• 详细说明用户可以控制的对象的位置的“竞争对手配置文件”。

竞争对手配置文件

作为竞争对手，您可以选择：

1. 传感器的数量，类型和位置
2. 机器人手臂的类型

您的选择必须使用配置文件中的YAML语法编写。这是一个配置文件示例。

如何添加传感器

配置YAML文件包含由sensors:标签表示的传感器列表。每个传感器应具有唯一的名称，然后是传感器的类型和传感器的位置和方向。

可用的传感器类型包括：

1. break_beam
2. 接近
3. logical_camera
4. laser_profiler

传感器的位置和方向在全局坐标中使用XYZ矢量和欧拉角（滚动，俯仰，偏航）来指定。

以下是一个break_beam传感器的规格

传感器：
  break_beam_1 ：
    类型： break_beam 
    姿势：
      XYZ ： [ 1.6 ， 2.25 ， 0.95 ] 
      RPY ： [ 0 ， 0 ， 'P1' ]

以下是a break_beam和logical_camerasensor 的规格。

传感器：
  break_beam_1 ：
    类型： break_beam 
    姿势：
      XYZ ： [ 1.6 ， 2.25 ， 0.95 ] 
      RPY ： [ 0 ， 0 ， 'P1' ] 
  logical_camera_1 ：
    类型： logical_camera 
    姿势：
      XYZ ： [ 1.21816 ， 3 ， 2 ] 
      RPY ： [ “ - pi' ， 'pi / 2' ， 0 ]

如何选择手臂

可以选择单臂并自动定位在环境中。与传感器类似，手臂有一个type。

可用的手臂类型包括：

1. ur10
2. TBD

机器人手臂的初始定位和关节状态不受参与者的控制。

竞赛配置文件

比赛的每个试验都使用单独的配置文件进行指定。在比赛中，竞争对手将无法控制此配置文件中的设置。但是，您可能会发现，在系统开发过程中，修改设置可帮助您。

可以指定以下设置：

1. 订单中指定的零件。
2. 传送带上的型号。
3. 每个仓的模型。

还有一些专门用于开发的功能。这些包括：

1. 使用订单中指定的套件自动填充套件托盘。
2. 在各种参考框架中生成模型。

以下是竞赛试用配置文件示例。在该文件中，在机器人手臂前面的皮带上产生型号，以便系统可以在传送带暂停时进行测试。

设置一个运行ARIAC的系统

本教程将引导您完成使计算机准备好运行ARIAC所需的设置。 为了运行ARIAC，您的计算机将需要一个独立的显卡，并需要满足最低的系统要求。

注意：本教程仅适用于ROS靛蓝（Ubuntu Trusty 14.04）或ROS kinetic（Ubuntu Xenial 16.04）。推荐ROS靛蓝。

请从本页顶部的标签中选择相应的ROS版本。

安装Gazebo7

ARIAC需要安装Gazebo7，版本7.5.0或更高版本。安装凉亭的说明可以在这里找到：

http://gazebosim.org/tutorials?tut=install_ubuntu&cat=install#Alternativeinstallation:step-by-step

以上链接中的“替代安装”步骤将在此总结。 您可以使用“一线”安装，但不能保证您获得Gazebo7。

安装Ubuntu从开源机器人基金会（OSRF）安装软件包

首先，您需要将OSRF的软件包存储库添加到系统中，以便可以从中安装软件包。 运行此命令执行此操作：

sudo sh -c'   echo“deb http://packages.osrfoundation.org/gazebo/ubuntu-stable`lsb_release -cs` main”\     > /etc/apt/sources.list.d/gazebo-stable.list'

接下来，您需要将签名密钥添加到您的计算机，以便可以验证软件包：

• wget http://packages.osrfoundation.org/gazebo.key -O - | sudo apt-key add -

安装凉亭

首先更新apt-get数据库，因为您将OSRF软件包存储库添加到源列表中：

• sudo apt-get更新

最后安装gazebo7：

• sudo apt-get安装gazebo7 gazebo7-plugin-base gazebo7-common libgazebo7

安装ROS

接下来，您需要安装ROS，ARIAC用来提供竞争界面。 可以在这里找到这样做的说明：

http://wiki.ros.org/kinetic/Installation/Ubuntu

下面将总结这些说明。

安装Ubuntu从ROS安装软件包

首先将ROS包存储库添加到apt-get的源列表中：

sudo sh -c'   echo“deb http://packages.ros.org/ros/ubuntu $（lsb_release -sc）main”\     > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'

然后添加ROS用于签署包的密钥：

sudo apt-key adv --keyserver hkp：//ha.pool.sks-keyservers.net --recv-key 0xB01FA116

安装ROS桌面

ROS有一些包含常用组件的“变体”，例如“机器人”是您在部署的机器人上运行的一小部分事情，“桌面”是“机器人”的超集，还包含可能使用的工具在工作站上，“Desktop-Full”还具有感知算法和模拟器。

首先更新apt-get的数据库，因为您将ROS存储库添加到源列表中：

• sudo apt-get更新

然后安装“桌面”软件包ROS kinetic：

• sudo apt-get install ros- kinetic -desktop

要完成ROS 动力学安装，请初始化rosdep数据库：

• sudo rosdep init; rosdep更新

安装Gazebo-ROS兼容性包

现在安装Gazebo-ROS兼容包：

sudo apt-get安装ros- kinetic -gazebo-ros-pkgs ros- kinetic -gazebo-ros-control

从二进制文件安装ARIAC软件包

您可以从二进制文件（推荐）安装ARIAC软件包，也可以在本机上本地构建软件。

sudo apt-get安装ariac

要完成安装，请输入ROS setup.bash文件：

source / opt / ros / kinetic /setup.bash

这将设置您的shell来运行运行ARIAC所需的ROS命令。 如果你正在使用该shell ，还有一个setup.zsh。

所以上面这行会在你打开新的终端窗口时自动运行，把它放在你的bashrc中：

echo“source / opt / ros / kinetic /setup.bash”>>〜/ .bashrc

备选方案：从源代码构建ARIAC软件包

只有少数情况下才推荐使用此策略：

• 你想测试一下你要提交给ARIAC源代码的变化。
• 您的系统没有可用的ARIAC二进制文件。

建立Catkin工作区

由于ARIAC包柳絮包，我们将通过设置启动柳絮工作区。首先为工作区创建一个文件夹，如下所示：

mkdir -p〜/ ariac_ws / src

在SRC文件夹将包含你想建立的源代码。

获取源代码

接下来您将需要获取ARIAC源代码。 您可以使用git “克隆”源代码，也可以提取从BitBucket下载的源的存档。克隆来源：

cd〜/ ariac_ws / src git clone https://bitbucket.org/osrf/ariac

如果您希望以源文件的形式下载源码：

cd〜/ ariac_ws / src wget https://bitbucket.org/osrf/ariac/get/master.zip 解压缩master.zip rm master.zip

安装附加依赖关系

安装运行ARIAC示例所需的以下软件包：

sudo apt-get install ros- kinetic -ros-controllers

构建ARIAC软件包

在开始构建之前，您需要为ROS setup.bash文件提供源：

source / opt / ros / kinetic /setup.bash

这设置了您的shell，以建立在ROS之上。 如果你正在使用该shell ，还有一个setup.zsh。

接下来使用启动构建柳絮称为构建工具catkin_make：

cd〜/ ariac_ws catkin_make安装

这将构建ARIAC包并将其安装到本地文件夹，在这种情况下〜/ ariac_ws / install位于src文件夹旁边。

此文件夹还将具有一个setup.bash文件，您可以在构建自己的竞赛包之前提供：

source〜/ ariac_ws / install / setup.bash

请注意，在devel空间中采购setup.bash文件不起作用，请参阅此更新的问题。

所以上面这行会在你打开新的终端窗口时自动运行，把它放在你的bashrc中：

echo“source〜/ ariac_ws / install / setup.bash”>>〜/ .bashrc

使用ARIAC

有关如何运行ARIAC，请参阅ARIAC界面教程。

上个月，在向社区发送电子邮件的同时，我们分享了令人兴奋的消息，即Matt Robinson将加入SwRI，担任ROS-Industrial Americas开放源代码计划，Paul Hvass继续前往新的创业公司。Matt对ROS-Industrial有激情，并且致力于如何解决各种先进的制造主题和技术。我最近拜访了马特，想通过问答方式分享一些亮点。 

问：你什么时候首先对高级制造和机器人事业有兴趣？

答：在我在卡特彼勒工作期间的设施启动项目中，我们有机会将自动化引入这个新工厂。在混合，差异化管理和质量预期方面面临挑战，似乎难以使用手动过程来管理成本，但肯定是自动化攀升。实施的自动化确实使我们能够实现我们的目标，但是对于我来说，当谈到能力并使这些解决方案能够以有效的方式进行所需时，我们有很大的希望。这开始了我的旅程，不仅仅是寻求实现和利用自动化解决方案，而是不断推出能力的包络。

问：您在ROS-Industrial开源程序中看到了什么价值，让您探索将其用于现实制造应用程序？

答：可扩展性和能力。利用感知来驱动流程并建立在智能上以执行和管理流程。扫描N-Plan是一个很好的例子，正在推动机会以新的和令人兴奋的方式处理。 

可扩展性是可以利用的老式机器人的制造的关键。对于一些公司来说，每个品牌都可以在一个网站上发生，有时它们可​​以是几代人，这是实现现有资产最大价值的关键。

问：在过去五年里，您对ROS-Industrial的进展情况进行了思考，您认为该计划的两个或三个核心组成部分对行业影响最大？

A：在传统工业硬件方面提供更先进的能力。这可能是微不足道的，但是当您可以利用熟悉的东西来做小说时，这很大程度上是建立接受和信心的。在我看来，影响力的另一个组成部分是该计划的行业路线图。围绕产业的核心问题来解决这个问题，然后让技术开发围绕这些核心挑战发展。这制定了可持续发展的道路，并确定优先级，以确保有意义的解决方案得到开发，并有机会通过在实际工厂条件下审核来采用和成熟。

问：ROS工业联盟现在是全球性的，50个成员强。您可以分享一下您希望看到美国ROS工业联盟在哪里完成的想法吗？

答：联盟的多样性是令人兴奋的，是健康的真正资产。我想看到更多的集成商变得有兴趣，将功能推向他们的解决方案。理想情况下，这成为改进进一步解决方案并为部署解决方案提供更直接的服务模式的工具。我很想收集这些部署者的更多反馈给我们的行业最终用户，以了解更多关于他们的疑虑，路障和需求。

我也想更多地考虑我们如何证明行业准备。在这方面，混合里程碑很有趣，参与了两个混合聚焦技术项目。集成商对其所提供的解决方案之一的准备就绪的反馈是开放眼光，并且引起了大量的思考，我们如何确保能够准备就绪，可以采用，模制和基本上“准备就绪部署“。这是一个关键的挑战，我对开发工作感到非常兴奋。

谢谢你，马特，你的问答。我们对旅程的下一站感到兴奋。

一旦马特完全解决了他的新角色，他计划向社区发布一份关于他的联系信息和即将到来的活动的一些亮点。我们很高兴有Matt加入Mirko Bordignon（ROS-I Europe）和Min Ling Chan（ROS-I亚太地区）领导团队。我们非常重视其强大的制造业基础，并且致力于将这一主动性集中在对行业采用具有战略意义的能力，工具和应用上。

如果您对本博文有任何疑问，可以联系Paul Evans at paul.evans <at> swri.org。