Integration of ROS2 with a simulation environment

Abstract

Currently, the University of Minho owns a driving simulator, from now on referred to as Driving Simulator Mockup 2-Wheeler (DSM-2W), which mimics a real driving environment for motorcycles. This simulator can reproduce diverse driving scenarios, like driving on different roads, traffic, and weather conditions, and is mostly used to test how the driver reacts to stimulus from subsystems under test in a particular scenario. The simulator has several components, namely, the Mock-up, which represents the motorcycle physically, the software responsible for the simulation environment, that is also projected on a screen, called SILAB [1] as well as several other subsystems and respective software, which all together form a complex distributed system. SILAB creates realistic graphic environments, has different models to control the behavior of other drivers and pedestrians, generates 3D sounds, and facilitates the personalization of the simulation scenario. Robot Operating System 2 (ROS2) [2] provides a set of tools and software libraries that facilitate the develop ment of robot systems and applications. With the increasing reliance on software, sensors, and actuators in the automotive domain, it makes sense to view cars [3] and motorcycles as robots. Therefore, it also makes sense to use ROS2 in the simulation domain to solve the problems at hand. This dissertation describes how ROS2, a well-known and accepted middleware for robotic applications, can also play a role in these contexts acting as a universal interface between motorcycle simulators and external subsystems and thereby significantly improving the system’s expansibility and those subsystems’ portability and reusability.

A Universidade do Minho possui um simulador de motas, denominado Driving Simulator Mockup 2-Wheeler (DSM-2W), que imita um ambiente real de condução de motas. Esta ferramenta consegue reproduzir diversos cenários de condução, como conduzir em diferentes condições de estrada, tráfego, bem como em diferentes condições meteorológicas. Esta ferramenta é sobretudo usada para testar como o condutor reage a estímulos de vários sub-sistemas em teste em cenários particulares. O simulador possui diversos componentes, o Mock-up, que representa a mota fisicamente, o software responsável pela projeção do ambiente de simulação no ecrã, chamado SILAB [1], mais um conjunto de sub-sistemas e o respetivo software, que no conjunto formam um complexo sistema distribuído. O SILAB cria ambientes de simulação realistas, tem diferentes modelos para controlar o comportamento dos outros condutores e dos pedestres, gera sons 3D e facilita a personalização do cenário da simulação. O Robot Operating System 2 (ROS2) possui um conjunto de ferramentas e bibliotecas para desenvolver aplicações para robôs [2]. Com o aumento do uso de software, sensores, e atuadores no contexto automóvel, faz sentido equiparar veículos automóveis [3] e motas a robôs Portanto, também faz sentido usar o ROS2 para resolver problemas neste contexto. O objetivo desta dissertação passa por mostrar como o ROS2, um middleware bastante utilizado em aplicações para robôs, pode ter um papel importante em contextos de simulação ao atuar como uma interface universal entre sub-sistemas a testar e um simulador de motas e consequentemente melhorar a extensibilidade do simulador e a portabilidade e reusabilidade desses sub-sistemas.