Microsoft Robotics Studio

Miguel Angel Ramos BarrosoMVP ASP.NET

Microsoft Code Camp Junio 2007

¿Robots?

Gran variedad de hardware…

¿Qué es una aplicación para Robots?

Objetivo: Responder a un sensorEjemplo: Arrancar un motor cuendo se pulse un botón (sensor)

Explorer (Orchestrator

)

Bumper (Sensor)

Drive (Actuator)

¿Qué es una aplicación para Robots?

Mensaje(Actuator)

Motor

Motor

Orquestador

Bumper (Sensor)

Bumper (Sensor)

Detector Infrarrojos(Sensor)

Microsoft Robotics Studio (MSRS)

Plataforma de desarrollo para programar robots que soporta una gran variedad de hardware y escenarios

Runtime Concurrencia Infraestructura en

Servicios

Servicios y Ejemplos Ejemplos y tutoriales Servicios para Robots Modelos de Robots

Microsoft Robotics Studio

Herramientas Simulador Visual Programming

Language

Objetivos conseguidos…

Configurar sensores y actuadores en un sistema en ejecución

Coordinar sensores y actuadores asincronamente

Iniaciar y parar componentes dinamicamente

Monitorizar, Interactuar y depurar en tiempo de ejecución

Desarrollar cuando el acceso al robot es limitado

Extenderse sobre multiples ordenadores

Reutiliar componentes através de distintas plataformas de hardware y dispositivos.

Entorno de Desarrollo

Construido sobre CLR 2.0PortableConcurrencia y coordinaciónInfraestructura distribuidaEntorno de despliegue muy ligero para los serviciosMuy integrado con tecnologias Web

Servicios Personalidados

Infraestructuradistribuida

Biblioteca deconcurrencia

Entorno de Desarrollo

Modelo de aplicación distribuidoDistributed Application Model (DSS)

Simple, flexible, y orientado a serviciosGrano grueso y poco acopladoCompatible con la infraestructura Web actual

Modelo concurrente de programcionConcurrent Programming Model (CCR)

Enfocado en la coordinación de mensajesNos oculta los tradicionales threads y locksHabilita la ejucución secuencial sin bloquear los thread entre I/O, evitando las cadenas de callback

¿Qué es una aplicación para Robots?

Mensaje(Actuator)

Motor

Motor

Orquestador

Bumper (Sensor)

Bumper (Sensor)

Detector Infrarrojos(Sensor)

Modelo de aplicación distribuido (DSS)

Esquema de aplicación

Mensaje(Actuator)

Motor

Motor

Orquestador

Bumper (Sensor)

Bumper (Sensor)

Detector Infrarrojos(Sensor)

Orquestación de sensores y actuadores.

En el se subscriben

los servicios

Un servicio puede ser Partner

de otros muchos servicios

Puede representar:Hardware: Sensores, actuadoresSoftware: UI, AlmacenamientoAgregados: Mash-Ups, conjuntos de sensores

Se reutiliazan gracias a la composición:

Separar el estado del comportamiento (No ocultes el estado)

Servicios

Port

State

Handlers

Service

FIFO

Ejemplo de Servicio Bumper

Estructura del estado.

Los manejadores de eventos fuera de la estructuraOperaciones sobre el estado:

GET, QUERY, UPDATE, DELETE, DROP, SUBSCRIBE

Interacciones de servicios

Runtime, Hosting Environment y System Services

Programación del CCR

Los fundamentos para escribir aplicaciones para Robotics.

El CCR Runtime

Modelo asíncrono de programaciónUn modelo concurrente sin programarnos a a mano threads, locks o semáforos.

Basado en mensajes asíncronosEnfocados en la coordinación de primitivasEjecución secuencial pero sin tener hilos bloqueados y sin necesidad de callbacks, sólo cuando sea necesario.

Contexto de ejecución para los serviciosAislamiento de la infraestructuraAislamiento de otros servicios

Mensajes, Puertos y Árbitros

Los mensajes son enviados a los PuertosPort<int> myPort = new Port<int>() ;myPort.Post (42) ;

Los Puertos contienen:Una FIFO que gestiona los mantiene los valores del puerto…Una lista de continuidades que pueder ser ejecutada dependiendo del mensaje que llegue y el arbitraje

La continuacion es representada por un delegado en C#Puede ser anónimo o nombrado

ÁrbitrosImplementa los contructores de enlaces o entrelazado de las concurrencia.

Primitivas CCRIteradores en C# como una forma de agenda…

Escala millones de elementos concurrentes pendientes, usa solo un hilo por microprocesador, se programa de la forma tradicional.

Single item receiverEjecuta sólo el código cuando llega un mensaje

Choice arbiter Elige un mensaje recibido (join o single) de muchos, a través de diferentes piertos, lo ejecuta solo una vez con las condiciones conocidas descartando a otros.

JoinStaticDynamic

Interleave arbiterTeardown group, Concurrent Group, Exclusive Group

Ejemplo: Iterators

IEnumerator<ITask> MultistageIterator(){ bool result = false; Port<bool> port = new Port<bool>(); // Stage A, send request port.Post(true); yield return Arbiter.Receive(false, port, delegate(bool b)

{result=b; }); // Stage B, received first result, send second request port.Post(result); yield return Arbiter.Receive(false, port, delegate(bool b)

{result=b; }); // Stage C, received second result, print it Console.WriteLine(result);}

Ejemplo: ChoicePortSet<int, string> port = new PortSet<int, string>();

Activate(Arbiter.Choice(port, MyIntHandler, MyStringHandler)

);

void MyIntHandler(int i){ Console.WriteLine("Received: " + i);}

void MyStringHandler(string s){ Console.WriteLine("Received: " + s);}

Ejemplo: JoinPort<double> balancePort = new Port<double>();Port<int> depositPort = new Port<int>();

Activate(Arbiter.JoinedReceive<int,double>(true,

depositPort, balancePort, delegate(int b, double d)

{balance.post(b + d);

}));

Ejemplo: Dynamic JoinPortSet<Result,Exception> resultsPort = new PortSet<int>();

// parallel computation by posting requestsFor (int i=0;i<N;i++){ computePort.Post(new DoWork(someData,resultsPort));}

// requests complete asynchronously with unknown number// of failures vs. successesActivate(

Arbiter.MultipleItemReceive(resultsPort, delegate (ICollection<Result> successes, ICollection<Exception> failures){ foreach(Result r in results) { …… }});

Ejemplo: InterleaveInterleave coordination = Arbiter.Interleave( new TeardownGroup( Arbiter.Receive<Drop>(false, port, ShutdownHandler) ), new ExclusiveGroup( Arbiter.Receive<Update>(true,port,UpdateHandler), Arbiter.Receive<Insert>(true,port,InsertHandler) ), new ConcurrentGroup( Arbiter.Receive<Query>(true,port,QueryHandler) ));

Activate(coordination);

[ServiceHandler(ServiceHandlerBehavior.Concurrent)] public IEnumerator<ITask> GetHandler(Get get) { get.ResponsePort.Post(_state); yield break; }

[ServiceHandler(ServiceHandlerBehavior.Exclusive)] public IEnumerator<ITask> UpdateHandler(Update update) { _state.CurrentResult += update.Body.Value; update.ResponsePort.Post(new UpdateResponse()); yield break; }

Coodinación de ServiciosDe forma declarativa

Recursos

Web sitehttp://www.microsoft.com/robotics

Community Newsgrouphttp://msdn.microsoft.com/robotics/

Wiki with Patterns and Trouble Shooting

http://channel9.msdn.com/wiki/default.aspx/Channel9.MSRoboticsStudio

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Lego Mindstorms NXT

1. NXT Brick2. Touch Sensor3. Sound Sensor4. Light Sensor5. Ultrasonic

Sensor6. Servo Motors

(3)• NXT Programming Software (LabView)• Bluetooth & USB Communications

NXT Projects

SummaryBroad third party support

Microsoft Robotics StudioApplication deployment models

Supports standalone and distributed processing scenarios

Disconnectedautonomous operation (with optional networked monitoring)

Distributed execution(execution across compute units)

Connected operation(remote execution on PC)

Robotics Studio Runtime

Joystick serviceUI service

Microsoft Robotics StudioInteraction through the browser

Service state observable at all levels of the applicationServices are capable of providing rich representation of data

Robot Motor

services

Sensor services

Browser Robot DashboardScripting Connect

Robotics Studio Runtime

JS ServiceJS Service JS Service

Motor services

Sensor services

Microsoft Robotics Studio Driving a robot with the browser and JScript

Robotics Runtime

Concurrencyand coordination

runtime

Runtime

Activation

Discovery

Diagnostics

Monitoring

UX

Storage

DecentralizedSystemServices

Algorithms

…

Sensors

Actuators

ReferenceServices

Services

Simulation

Visualization

AuthoringServices

Sensors Actuators

Custom/Application Services

Orchestration Control