Die rc_dynamics-Schnittstelle

Die rc_dynamics-Schnittstelle bietet über Echtzeit-Datenströme kontinuierlichen Zugang zu verschiedenen Dynamik-Zustandsschätzungen. Die Schnittstelle ermöglicht es, Zustandsschätzungen aller Art so zu konfigurieren, dass sie an einen beliebigen Host im Netzwerk gestreamt werden. Das dafür eingesetzte Datenstromprotokoll unterstützt alle gängigen Betriebssysteme und Programmiersprachen.

Starten/Stoppen der Dynamik-Zustandsschätzungen

Die Dynamik-Zustandsschätzungen des rc_visard sind nur verfügbar, wenn die zugehörige Komponente, d.h. das Dynamik-Modul, eingeschaltet ist. Dies lässt sich sowohl über die Web GUI – eine entsprechende Schaltfläche ist auf der Seite Dynamik vorgesehen – oder über die REST-API mittels eines Serviceaufrufs vornehmen. Eine Muster-Curl-Anfrage zum Starten der Dynamik-Zustandsschätzung würde wie folgt aussehen:

curl -X PUT --header 'Content-Type: application/json' -d '{}' 'http://<host>/api/v1/nodes/rc_dynamics/services/start'

Bemerkung

Um Rechenressourcen zu sparen, wird empfohlen, die Dynamik-Zustandsschätzungen zu stoppen, wenn sie nicht länger benötigt werden.

Konfiguration von Datenströmen

Verfügbare Datenströme, d.h. Dynamik-Zustandsschätzungen, lassen sich über die REST-API des rc_visard auflisten und konfigurieren. So lässt sich beispielsweise mit dem Befehl GET /datastreams eine Liste aller verfügbaren Datenströme abrufen. Für eine detaillierte Beschreibung der im Folgenden benannten Datenströme siehe Verfügbare Zustandsschätzungen.

Tab. 63 Datenströme, die über die rc_dynamics-Schnittstelle verfügbar sind

Name	Protokoll	ProtoBuf	Beschreibung
dynamics	UDP	Dynamics	Dynamik des rc_visard (Pose, Geschwindigkeit, Beschleunigung), in Echtzeit (IMU-Frequenz) bereitgestellt vom INS- oder SLAM-Modul (Best-Effort-Prinzip)
dynamics_ins	UDP	Dynamics	Dynamik des rc_visard (Pose, Geschwindigkeit, Beschleunigung), in Echtzeit (IMU-Frequenz) bereitgestellt vom Stereo-INS-Modul
imu	UDP	Imu	Rohdaten der inertialen Messeinheit (IMU), in Echtzeit (IMU-Frequenz) bereitgestellt
pose	UDP	Frame	Pose der linken Kamera, mit maximaler Kamerafrequenz bereitgestellt vom INS- oder SLAM-Modul (Best-Effort-Prinzip)
pose_ins	UDP	Frame	Pose der linken Kamera, mit maximaler Kamerafrequenz bereitgestellt vom INS-Modul
pose_rt	UDP	Frame	Pose der linken Kamera, in Echtzeit (IMU-Frequenz) bereitgestellt vom INS- oder SLAM-Modul (Best-Effort-Prinzip)
pose_rt_ins	UDP	Frame	Pose der linken Kamera, in Echtzeit (IMU-Frequenz) bereitgestellt vom INS-Modul

Das allgemeine Verfahren für die Arbeit mit der rc_dynamics-Schnittstelle gestaltet sich wie folgt:

1. Abfrage eines Datenstroms über die REST-API:

   Der folgende Beispiel-curl-Befehl löst eine PUT /datastreams/{stream}-Anfrage aus, mit der die Übertragung eines Datenstroms des Typs pose_rt vom rc_visard an den Client-Host 10.0.1.14 an Port 30000 ausgelöst werden soll:

   curl -X PUT --header 'Content-Type: application/x-www-form-urlencoded' --header 'Accept: application/json' -d 'destination=10.0.1.14:30000' 'http://<host>/api/v1/datastreams/pose_rt'
   

2. Empfang und Deserialisierung der Daten:

   Wird die Anfrage erfolgreich verarbeitet, wird ein Datenstrom initialisiert und die Daten des angegebenen Datenstrom-Typs werden kontinuierlich an den Client-Host gesandt. Der Client muss die Daten dem Datenstromprotokoll zufolge empfangen, deserialisieren und verarbeiten.

3. Stoppen eines Datenstroms über die REST-API:

   Der folgende Beispiel-curl-Befehl löst eine DELETE /datastreams/{stream}-Anfrage aus, mit der die zuvor beantragte Übertragung eines Datenstroms des Typs pose_rt mit dem Ziel 10.0.1.14:30000 gelöscht, d.h. gestoppt, wird:

   curl -X DELETE --header 'Accept: application/json' 'http://<host>/api/v1/datastreams/pose_rt?destination=10.0.1.14:30000'
   

   Sollen alle Ziele für einen Datenstrom entfernt werden, ist lediglich der Zielparameter wegzulassen.

Warnung

Datenströme können nicht automatisch gelöscht werden. Dies bedeutet, dass der rc_visard weiterhin Daten sendet, auch wenn der Client getrennt wird oder die gesandten Daten nicht länger verwendet. Maximal 10 Ziele pro Datenstrom sind erlaubt. Es wird daher dringend empfohlen, Datenströme über die REST-API zu stoppen, wenn sie nicht länger verwendet werden.

Datenstromprotokoll

Sobald ein Datenstrom eingerichtet ist, werden die Daten über das folgende Protokoll kontinuierlich an den angegebenen Client-Host und Port (destination) gesandt:

Netzwerkprotokoll:

Derzeit wird ausschließlich das Netzwerkprotokoll UDP unterstützt, was bedeutet, dass Daten als UDP-Datagramme versandt werden.

Datenserialisierung:

Die gesandten Daten werden über Google Protocol Buffers serialisiert. Dabei werden folgende Nachrichtentyp-Definitionen verwendet.

• Die Kameraposen-Datenströme und Echtzeit-Datenströme der Kamerapose werden mithilfe des Nachrichtentyps Frame serialisiert:

  message Frame
  {
    optional PoseStamped pose  = 1;
    optional string parent     = 2; // Name of the parent frame
    optional string name       = 3; // Name of the frame
    optional string producer   = 4; // Name of the producer of this data
  }
  

  Das Feld producer kann die Werte ins, slam, rt_ins und rt_slam annehmen. Diese geben an, ob die Daten von SLAM oder Stereo-INS berechnet wurden und ob es Echtzeit Daten (rt) sind oder nicht.

• Der Echtzeit-Dynamik-Datenstrom wird mithilfe des Nachrichtentyps Dynamics serialisiert:

  message Dynamics
  {
    optional Time timestamp                     = 1; // Time when the data was captured
    optional Pose pose                          = 2;
    optional string pose_frame                  = 3; // Name of the frame that the pose is given in
    optional Vector3d linear_velocity           = 4; // Linear velocity in m/s
    optional string linear_velocity_frame       = 5; // Name of the frame that the linear_velocity is given in
    optional Vector3d angular_velocity          = 6; // Angular velocity in rad/s
    optional string angular_velocity_frame      = 7; // Name of the frame that the angular_velocity is given in
    optional Vector3d linear_acceleration       = 8; // Gravity compensated linear acceleration in m/s²
    optional string linear_acceleration_frame   = 9; // Name of the frame that the acceleration is given in
    repeated double covariance                  = 10 [packed=true]; // Row-major representation of the 15x15 covariance matrix
    optional Frame cam2imu_transform            = 11; // pose of the left camera wrt. the IMU frame
    optional bool possible_jump                 = 12; // True if there possibly was a jump in the pose estimation
    optional string producer                    = 13; // Name of the producer of this data
  }
  

  Das Feld producer kann die Werte rt_ins und rt_slam annehmen. Diese geben an, ob die Daten von SLAM oder Stereo-INS berechnet wurden.

• Der IMU-Datenstrom wird mithilfe des Nachrichtentyps Imu serialisiert:

  message Imu
  {
    optional Time timestamp                     = 1; // Time when the data was captured
    optional Vector3d linear_acceleration       = 2; // Linear acceleration in m/s² measured by the IMU
    optional Vector3d angular_velocity          = 3; // Angular velocity in rad/s measured by the IMU
  }
  

• Die enthaltenen Nachrichtentypen PoseStamped, Pose, Time, Quaternion und Vector3D werden wie folgt definiert:

  message PoseStamped
  {
    optional Time timestamp  = 1; // Time when the data was captured
    optional Pose pose       = 2;
  }
  

  message Pose
  {
    optional Vector3d position      = 1; // Position in meters
    optional Quaternion orientation = 2; // Orientation as unit quaternion
    repeated double covariance      = 3 [packed=true]; // Row-major representation of the 6x6 covariance matrix (x, y, z, rotation about X axis, rotation about Y axis, rotation about Z axis)
  }
  

  message Time
  {
    /// \brief Seconds
    optional int64 sec = 1;
  
    /// \brief Nanoseconds
    optional int32 nsec = 2;
  }
  

  message Quaternion
  {
    optional double x = 2;
    optional double y = 3;
    optional double z = 4;
    optional double w = 5;
  }
  

  message Vector3d
  {
    optional double x = 1;
    optional double y = 2;
    optional double z = 3;
  }
  

Die rc_dynamics-Programmierschnittstelle

Das Open-Source-rc_dynamics_api-Paket bietet einen einfachen, benutzerfreundlichen C++-Wrapper, mit dem rc_dynamics-Datenströme angefragt und geparst werden können. Siehe http://www.roboception.com/download.