Projecte final de carrera fet en col.laboració amb Technische Universität München

English: Intelligent Environments (IEs) have much in common with Robotics. A great number of distributed, heterogeneous sensors, actuators, and processing components exchange data and communicate and thereby form an ecology of information processing systems. The complexity of the individual components and subsystems demands for a simulation environment that allows us to selectively investigate the characteristics and properties of systems, ideally already before we actually start building them. In the age of Ubiquitous Computing, sensing, actuation, communication and information processing is embedded in the world - in everyday objects, the environment and many other places. We therefore require a way to efficiently prototype and develop Intelligent Environments including their physical and digital parameters. This helps us improve the design or analysis of systems and applications, optimize their functionality, or to explore new ideas. In this Master Thesis, a rapid prototyping toolkit software is to be developed that allows us to jointly simulate smart spaces, both for the domains of robotics and Ubiquitous Computing. The tool bases on an open source 3D CAD (computer aided design) software called Sweet Home 3D. This tool allows novice users to visually create houses, rooms, doors... and explore their layout and appearance. The goal of this thesis is to develop means to allow us to easily export theses environments to a robotics simulation software called ROS (robot operating system, a meta-operating system used in robotics) and its associated 3D simulation tool, Gazebo. This enables us to quickly prototype new environments and to model existing environments. This is currently a cumbersome and time consuming task. Sweet Home 3D is extensible and lets users add models of e.g. furniture, appliances, electronic devices, vehicles, plants, trees. . . any model in supported formats: OBJ, DAE, 3DS and LWS. These built-in and custom-made objects in a 3D file format need to be exported to URDF, the Unified Robot Description Format. It then can be used to create objects for the ROS/Gazebo simulation tool chain. In addition to simple objects, rooms need to be augmented with additional information, allowing to generate a connected graph to be used e.g. for human or robot navigation purposes. Finally, for standard parts of an environment, such as light, doors and windows, an addition to the exported data has to be created, allowing the control of these components directly via ROS controllers, e.g. to open a door or a window. For these application usage scenario, an example will be created to demonstrate the novel functionality of the developed system.

Castellano: Los Ambientes Inteligentes tienen mucho en común con la Robòtica. Un variado y distribuido número de sensores, actuadores y componentes de procesamiento se comunican e intercambian datos. De esta manera forma una ecología de sistemas de procesamiento de información. La complejidad de los componentes individuales y de los subsistemas exige o requiere un entorno de simulación que nos permite investigar de manera selectiva las características y propiedades de los sistemas, idealmente antes de que realmente se empiece a construir. En la era de la Computación Ubicua, la detección, actuación, comunicación y procesamiento de la información es insertada en el mundo - en los objetos cotidianos, el medio ambiente y muchos otros lugares. Por lo tanto, requieren una forma eficiente de diseñar prototipos y desarrollar entornos inteligentes incluyendo sus parámetros físicos y digitales. Esto nos ayuda a mejorar el diseño o el análisis de sistemas y aplicaciones, optimizar su funcionalidad, o para explorar nuevas ideas. En este Proyecto Fin de Carrera, se desarrolla un software de prototipado rápido, el cual nos permite simular de forma conjunta los espacios inteligentes, tanto para el dominio de la robótica como el de la computación ubicua. El programa se basa en un software de código abierto, un programa de 3D CAD (diseño asistido por ordenador) llamado Sweet Home 3D. Esta herramienta permite a los usuarios novatos crear de forma visual las casas, habitaciones, puertas... y explorar su diseño y aspecto. El objetivo de este proyecto es desarrollar medios que nos permitan exportar fácilmente estos entornos a un software de simulación robótica llamado ROS (Robot Operating System, un meta-sistema operativo utilizado en robótica) y a su herramienta asociada de simulación 3D, Gazebo. Esto nos permite crear rapidamente prototipos de nuevos entornos y modelar entornos existentes. Ésta es actualmente una tarea engorrosa y muy lenta. Sweet Home 3D es ampliable y permite a los usuarios agregar modelos, por ejemplo muebles, electrodomésticos, aparatos electrónicos, vehículos, plantas, árboles... cualquier modelo en uno de los formatos soportados: OBJ, 3DS, DAE, y LWS. Estos objetos en un formato de archivo 3D deben ser exportados a URDF (Unified Robot Description Format). A continuación, se pueden utilizar para crear objetos para la herramientas de simulación de ROS/Gazebo. Además de objetos simples, las habitaciones deben ser aumentadas con información adicional, lo que permite generar un gráfico de conexiones para usarse, por ejemplo, para propósitos de navegación de humanos o robots. Por último, para las partes estándar de un ambiente, como las luces, puertas y ventanas, se tiene que crear una adición a los datos exportados, lo que permite el control de estos componentes directamente a través de los controladores de ROS, por ejemplo, para abrir una puerta o una ventana. Para estos escenarios de uso de la aplicación, un ejemplo se ha creado para demostrar la nueva funcionalidad del sistema desarrollado.

Català: Els Ambients Inteligents tenen molt en comú amb la Robòtica. Un variat i distribuït nombre de sensors, actuadors i components de processament es comuniquen i intercambien dades. D'aquesta manera forma una ecologia de sistemes de processament d'informació. La complexitat dels components individuals i dels subsistemes exigeix o requereix un entorn de simulació que ens permeti investigar de manera selectiva les característiques i propietats dels sistemes, idealment abans de que realment es comencin a contruir. En l'era de la Computació Ubiqua, la detecció, actuació, comunicació i processament de la informació és insertada en el món - en els objectes quotidians, el medi ambient i molts altres llocs. Per tant, requereixen una forma eficient de dissenyar prototips i desenvolupar entorns inteligents incloent els seus paràmetres físics i digitals. Això ens ajuda a millorar el diseny o l'anàlisi de sistemes i aplicacions, optimitzar la seva funcionalitat, o per explorar noves idees. En aquest Projecte Final de Carrera, es desenvolupa un software de prototipatge ràpid, el qual ens permet simular de forma conjunta els espais inteligents, tant per al domini de la robòtica com el de la computació ubiqua. El programa es basa en un software de codi obert, un programa de 3D CAD (diseny assistit per ordinador) anomenat Sweet Home 3D. Aquesta eina permet als usuaris novells crear de forma visual les cases, habitacions, portes... i explorar el seu disseny i aspecte. L'objectiu d'aquest projecte es desenvolupar medis que ens permetin exportar fàcilment aquests entorns a un software de simulació robòtica anomenat ROS (Robot Operating System, un meta-sistema operatiu utilitzar en robòtica) i a la seva eina associada de simulació 3D, Gazebo. Això ens permet crear rapidament prototips de nous entorns i modelar entorns existents. Aquesta és actualment una tasca feixuga i molt lenta. Sweet Home 3D es ampliable i permet als usuaris afegir models, per exemple mobles, electrodomèstics, aparells electrònics, vehicles, plantes, arbres... qualsevol model en un dels formats soportats: OBJ, 3DS, DAE i LWS. Aquests objectes en un format d'arxiu 3D han de ser exportats a URDF (Unified Robot Description Format). A continucació, es poden utilitzar per crear objectes per l'eina de simulació ROS/Gazebo. A més de simples objectes, les habitacions han de ser augmentades amb informació extra, el que permet generar un gràfic de connexions per utilitzar-se, per exemple, per propòsits de navegació d'humans o robots. Per últim, per les pars estàndard d'un ambient, com les llums, portes i finestres, s'ha de crear una addició a les dades exportades, el que permet el control d'aquests components directament a través dels controladors de ROS, per exemple, per obrir una porta o una finestra. Per a aquestes escenaris d'ús de l'aplicació, s'ha creat un exemple per demostrar la nova funcionalitat del sistema desenvolupat.