Entregável 3 de Robótica Computacional

Instruções gerais

Aviso 1: Sempre desenvolvam nos arquivos .py dos respectivos exercícios.

Aviso 2: Lembre-se de dar commit e push no seu repositório até o horário limite de entrega.

Aviso 3: Preencha o nome completo dos integrantes do seu grupo no arquivo README.md do seu repositório.

Aviso 4: Além de seu repositório, para todas as questões você deve gravar um vídeo do seu robô executando a tarefa. O vídeo com um celular ou camera digital. O vídeo deve ser postado no Youtube.

No arquivo README.md do seu repositório existe o campo Link do Vídeo onde você deve colocar o link do video no youtube. Certifique-se de que o vídeo está público e que o link está correto. NUNCA de commit no vídeo, somente adicione o link.

Aviso 5: Para este entregável, você deve utilizar o robô real, mas você pode testar o código no simulador.

Configuração do Pacote (ROS 2)

• Preparação Inicial: Primeiro, aceite o convite do GitHub Classroom e clone o repositório dentro da pasta colcon_ws/src/ no seu SSD.
• Criação do Pacote ROS 2: Dentro do diretório do seu repositório, crie um novo pacote nomeado entregavel_3.
  • Dica: Para utilizar os modulos desenvolvidos no módulo 3, inclua o pacote robcomp_util como dependência do seu pacote, e então, importe como nos exemplos do módulo 3.

Exercício 0 - Organização & Qualidade (0 pontos)

Este exercício está avaliando a organização e qualidade dos vídeos dos exercícios 2, 3 e 4, do desafio e do arquivo README.md.

Critérios de Avaliação:

• Vídeo: O vídeo foi gravado na horizontal.
• Vídeo: O vídeo foi gravado em um ambiente bem iluminado.
• Vídeo: O audio está claro e sem ruídos, se desejar, remova o audio e adicione uma música de fundo.
• Vídeo: Na descrição do vídeo no Youtube, está descrito o que o robô está fazendo.
• Vídeo: Pelo vídeo, é possível entender o que o robô está fazendo.
• README.md: O link do vídeo está correto e foi adicionado no campo específico.
• README.md: O arquivo README.md tem o nome completo e o email de todos os integrantes do grupo.

Exercício 1 - Robô Quase Indeciso (3 pontos)

Baseando-se no código base_control.py do módulo 3, crie um arquivo chamado indeciso.py com um nó denominado indeciso_node que, utilizando o laser, faça com que o robô real se afaste da parede quando o obstáculo à sua frente estiver a menos de 0.95m e se aproximar quando estiver a mais de 1.05m, caso contrário, o robô deve ficar parado.

O nó deve:

• Ter três estados: forward, backward, stop.
• O nó deve começar no estado forward.
• Em cada estado, o robô deve decidir se permanece no estado atual ou muda para outro estado com base nas leituras do laser.
• Se permanecer no estado atual, o robô deve definir a velocidade linear.
• Não modificar a função control() do módulo base.
• Apenas a função control() deve publicar o comando de velocidade.

Dica: Se o robô não parar, reduza a velocidade linear.

Critérios de Avaliação

1. Importa corretamente do pacote robcomp_util.
2. Implementa o nó indeciso_node com os comportamentos corretos.
3. Vídeo: Mostra o robô aproximando‑se e afastando‑se da parede pelo menos 2 vezes antes de parar (ajuste a velocidade para não parar rápido demais).
4. Vídeo: O robô não colide com obstáculos.
5. Vídeo: Link do vídeo no YouTube.

Exercício 2 - Robô Quadrado (4 pontos)

Com base em base_control.py (Módulo 3), crie quadrado.py com um nó quadrado_node que faça o robô real movimentar‑se em uma trajetória que se aproxima de um quadrado.

Ação Cliente (Principal)

O nó principal deve:

• Instanciar duas ações: andar e girar.
• Ter três estados: andar, girar, done.
• Em andar e girar, iniciar e aguardar a conclusão das respectivas ações antes da transição.
• O nó deve começar no estado andar.
• O nó deve alternar entre os estados andar e girar, até que o robô tenha completado UM quadrado completo (4× andar e 4× girar).
• Não utilizar funções de sleep em nenhuma parte do código.

Ação de Andar

Na atividade Estrutura Básica você implementou a ação de andar uma distância d. Teste no simulador para validar a ação.

Ação de Girar

Baseando-se no código base_action.py do módulo 3, crie um arquivo chamado girar.py com uma classe denominada de Girar e um nó denominado girar_node, que faça o robô real gire rotacao, onde a variavel rotacao é a quantidade de graus que o robô deve girar e será fornecida pelo cliente da ação, na função reset().

Crie a seguinte função auxiliar para ajustar o ângulo no limite de [-pi, pi], isso é importante para evitar problemas de ângulo quando o robô gira mais de uma volta ou número de voltas negativas: A função np.arctan2 é utilizada para fazer a normalização do ângulo entre -pi e pi.

def ajuste_angulo(self, angulo):
    """Ajusta o ângulo para o intervalo [-pi, pi]."""
    return np.arctan2(np.sin(angulo), np.cos(angulo))

Alvo angular

Para girar o robô, primeiro calcule o ângulo desejado, somando o valor da rotação em radianos ao ângulo atual:

self.goal_yaw = self.ajuste_angulo(self.yaw + rotacao)

Erro angular a cada iteração

Este será nosso objetivo angular, em seguida, a cada iteração, calcule o erro entre o angulo atual e o desejado, até que o erro seja menor que ~2 graus, lembre-se que os ângulos estão em radianos.

erro = self.ajuste_angulo(self.goal_yaw - self.yaw)

Condição de parada

Quando o erro for menor que ~+-2 graus podemos finalizar a ação mudando o estado para stop. Caso o erro seja maior do que o limiar de +-2 graus, faça o seguinte:

1. Quando o erro for menor que 0 o robô deve girar no sentido horário;
2. Quando for maior que 0, o robô deve girar no sentido anti-horário.

Critérios de Avaliação

1. Nó importado corretamente do pacote robcomp_util.
2. Implementa a ação Andar que funciona independentemente do nó principal.
3. Implementa a ação Girar que funciona independentemente do nó principal.
4. Executa a rotação usando feedback da odometria.
5. Implementa o nó quadrado_node que alterna entre as ações até completar um quadrado.
6. Não usa sleep para controlar tempo de execução.
7. Vídeo: Desenha o quadrado na referência do laboratório.
8. Vídeo: Executa apenas o nó quadrado_node.
9. Vídeo: Mostra o robô "desenhando" um quadrado no chão.
10. Vídeo: O robô não colide com obstáculos.
11. Vídeo: Link do vídeo no YouTube.

Exercício 3 - Robô Limpador (3 pontos)

Baseando-se no código base_control.py do módulo 3, crie um arquivo chamado limpador.py com uma classe denominada Limpador e um nó denominado limpador_node que, utilizando o laser, faça com que o robô real tenha o comportamento de um robô limpador equipado com um laser 2D (então, sem colisões).

Ação Cliente (Principal)

O nó principal deve:

• Instanciar a ação de girar.
• Ter quatro estados: procurar, limpar, esperar, girar.
• Em girar, iniciar e aguardar a conclusão da ação antes da transição.
• O estado procurar deve fazer com que o robô gire em trajetória elíptica até encontrar um obstáculo à frente ou à direita.
• O estado limpar deve fazer com que o robô avançar, limpando a área à sua frente até que o sensor detecte um obstáculo obstáculo frontal.
• O estado esperar deve fazer com que o robô espere até encontrar uma direção (direita, esquerda ou traseira) onde não exista obstáculos.
• A ação de girar deve levar o robô a girar até a direção livre escolhida.

Mais detalhes sobre ações e transições no handout 1-maquina-de-estados.

Critérios de Avaliação:

1. Nó importado corretamente do pacote robcomp_util.
2. Implementa o nó limpador_node com os comportamentos corretos.
3. Executa a rotação utilizando feedback da odometria.
4. Vídeo: Mostra o robô aproximando‑se e desviando de pelo menos 10 obstáculos.
5. Vídeo: Demonstra que o robô permanece parado indefinidamente quando não existem direções livres (ex.: circunde o robô com objetos).
6. Vídeo: O robô não colide com nenhum obstáculo.
7. Vídeo: Link do vídeo do robô em ação no Youtube.

Desafio (+2 pontos bônus)

Após finalizar os demais exercícios, reúnam‑se com pelo menos 4 outros grupos e gravem um vídeo com 5 robôs limpadores em ação. Cada robô deve ter comportamento independente, todos no mesmo ambiente, e não podem colidir.

O vídeo deve ter duração mínima de 2 minutos e ser gravado com um professor, que avaliará a pontuação extra.

Cada grupo deve postar o vídeo no YouTube e incluir o link no README.md, citando nos comentários os nomes dos outros grupos participantes.

Os vídeos devem seguir os critérios do Exercício 3, com as seguintes adições:

• Vídeo: Mostra uma situação em que um robô se aproxima de outro, mas para antes de colidir.
• Vídeo: Mostra pelo menos um robô aguardando outros saírem do caminho antes de voltar a se mover.