Free Fleet

如果用户希望集成不带车队管理系统的独立移动机器人，则可以使用开源车队管理系统“free_fleet”。

“free_fleet”系统分为客户端和服务器。客户端将与导航软件一起在每个独立移动机器人上运行，旨在直接控制移动机器人，同时监控其状态并向服务器报告。客户端的基本实现旨在允许与不同配置的移动机器人进行交互，但向同一服务器报告。这样，用户就可以使用“free_fleet”来管理异构机器人车队，每个机器人车队使用不同的 ROS 发行版、ROS 版本、导航软件或板载通信协议。

服务器在中央计算机上运行，​​整合来自每个客户端的传入状态更新，以便使用 UI 进行可视化，或向上游转发到 RMF。服务器还通过 UI 将来自用户的命令或从 RMF 转发到要执行的客户端。每个服务器可以同时与多个客户端合作，因此它充当车队管理系统的角色。该服务器可以实现并用作自己的车队管理系统，也可以与 RMF 等更大的系统一起工作，从而弥合每个移动机器人的 API 与 RMF 的 API 和接口之间的差距。

free_fleet 服务器和 free_fleet 客户端之间的通信是使用 CycloneDDS 实现的，因此我们不必担心移动机器人或中央计算机是否运行不同版本的 ROS。

在本节中，我们将介绍使用 free_fleet 与 RMF 集成的 4 种不同方法，特别是机器人使用的导航堆栈。每种方法都保持类似的系统架构，如下面的简单框图所示，但根据机器人开发人员使用的导航堆栈的软件选择，有具体的示例。

ROS 1 Navigation Stack

可以在 free_fleet 存储库 中找到与 ROS 1 导航堆栈配合使用的 free_fleet 客户端实现。该实现需要完全定义移动机器人的变换，移动机器人通过 move_base 操作库接受导航命令，并使用 sensor_msgs/BatteryState 消息发布其电池状态。

按照移动机器人 README 上的构建说明操作后，用户可以将客户端作为启动脚本的一部分启动，同时使用 rosparam 定义必要的参数。下面是一个小片段示例，说明如何启动客户端及其参数，

<node name="free_fleet_client_node"
    pkg="free_fleet_client_ros1"
    type="free_fleet_client_ros1" output="screen">

  <!-- These parameters will be used to identify the mobile robots -->
  <param name="fleet_name" type="string" value="example_fleet"/>
  <param name="robot_name" type="string" value="example_bot"/>
  <param name="robot_model" type="string" value="Turtlebot3"/>

  <!-- These are the topics required to get battery and level information -->
  <param name="battery_state_topic" type="string" value="example_bot/battery_state"/>
  <param name="level_name_topic" type="string" value="example_bot/level_name"/>

  <!-- These frames will be used to update the mobile robot's location -->
  <param name="map_frame" type="string" value="example_bot/map"/>
  <param name="robot_frame" type="string" value="example_bot/base_footprint"/>

  <!-- The name of the move_base server for actions -->
  <param name="move_base_server_name" type="string" value="example_bot/move_base"/>

  <!-- These are DDS configurations used between Free Fleet clients and servers -->
  <param name="dds_domain" type="int" value="42"/>
  <param name="dds_state_topic" type="string" value="robot_state"/>
  <param name="dds_mode_request_topic" type="string" value="mode_request"/>
  <param name="dds_path_request_topic" type="string" value="path_request"/>
  <param name="dds_destination_request_topic" type="string" value="destination_request"/>

  <!-- This decides how long the client should wait for a valid transform and action server before failing -->
  <param name="wait_timeout" type="double" value="10"/>

  <!-- These define the frequency at which the client checks for commands and
  publishes the robot state to the server -->
  <param name="update_frequency" type="double" value="10.0"/>
  <param name="publish_frequency" type="double" value="1.0"/>

  <!-- The client will only pass on navigation commands if the destination or first waypoint
  of the path is within this distance away, otherwise it will ignore the command -->
  <param name="max_dist_to_first_waypoint" type="double" value="10.0"/>

</node>

正在运行的 free_fleet 客户端将通过 ROS 1 与机器人上运行的节点进行通信，同时使用 free_fleet 服务器发布其状态并通过 DDS 订阅请求。

free_fleet 服务器的当前实现是用 ROS 2 实现的，并使用 RMF fleet 适配器的上述 ROS 2 消息和主题接口与 RMF 进行通信。ROS 2 构建说明也可以在同一个存储库中找到。与客户端类似，已经实现了一个简单的 ROS 2 包装器，可以使用 .launch.xml 文件启动它，如下所示：

<node pkg="free_fleet_server_ros2"
    exec="free_fleet_server_ros2"
    name="free_fleet_server_node"
    node-name="free_fleet_server_node"
    output="both">

  <!-- Fleet name will be used to identify robots -->
  <param name="fleet_name" value="example_fleet"/>

  <!-- These are the ROS2 topic names that will be used to communicate with RMF -->
  <param name="fleet_state_topic" value="fleet_states"/>
  <param name="mode_request_topic" value="robot_mode_requests"/>
  <param name="path_request_topic" value="robot_path_requests"/>
  <param name="destination_request_topic" value="robot_destination_requests"/>

  <!-- These are the DDS specific configurations used to communicate with the clients -->
  <param name="dds_domain" value="42"/>
  <param name="dds_robot_state_topic" value="robot_state"/>
  <param name="dds_mode_request_topic" value="mode_request"/>
  <param name="dds_path_request_topic" value="path_request"/>
  <param name="dds_destination_request_topic" value="destination_request"/>

  <!-- This determines the frequency it checks for incoming state and request messages,
  as well as how often it publishes its fleet state to RMF -->
  <param name="update_state_frequency" value="20.0"/>
  <param name="publish_state_frequency" value="2.0"/>

  <!-- These transformations are required when the frame of the robot fleet is
  different from that of RMF globally. In order to transform a pose from the RMF
  frame to the free fleet robot frame, it is first scaled, rotated, then
  translated using these parameters -->
  <param name="scale" value="0.928"/>
  <param name="rotation" value="-0.013"/>
  <param name="translation_x" value="-4.117"/>
  <param name="translation_y" value="27.26"/>

</node>

此外，在存储库中也可以找到此配置的示例，位于包“ff_examples_ros1”和“ff_exmaples_ros2”下。此示例启动示例模拟来自“ROBOTIS”，它有一个小型模拟世界，其中有 3 个 Turtlebot3 移动机器人，每个机器人都运行自己的 ROS 1 导航堆栈。

成功构建 ROS 1 和 ROS 2 工作区后，可以按照这些说明 启动模拟，其中还包括一个 ROS 2“free_fleet”服务器，发布舰队状态消息并通过 ROS 2 消息和主题接受模式和导航请求。

ROS 2 导航堆栈

使用 ROS 2 实现的机器人与前面描述的 ROS 1 导航堆栈类似。目前，ROS 2 free_fleet 客户端仍在开发中。重构、实现和测试完成后，将更新本节。

存储库中相同的现成 free_fleet 服务器实现将在此场景中工作，因为舰队适配器提供的接口仍然是相同的 ROS 2 消息和主题。

如果在此期间需要，用户可以通过使用包含 DDS 通信基本实现和 API 的 free_fleet 库来实现自己的 free_fleet 客户端。下一节 开发人员导航堆栈 将进一步阐述。

开发人员导航堆栈

在此实现中，假设移动机器人上运行的软件是由机器人开发人员自己（或其直接分包商）编写的，并且开发人员完全了解并可以访问其机器人的内部控制软件、API 和接口。这种级别的理解和访问对于实现您自己的 free_fleet 客户端包装器是必要的。下面的框图说明了此配置：

一旦开发人员的“free_fleet”客户端完全发挥作用，启动本节前面提到的相同的 ROS 2“free_fleet”服务器以通过 ROS 2 消息和主题与舰队适配器协同工作将是一个简单的任务。