NVIDIAISAAC軟件開發(fā)工具包的模塊化和易于使用的感知堆棧繼續(xù)加速各種移動機器人的發(fā)展。ISAAC引入了PythonAPI，使那些熟悉Python的人更容易構(gòu)建機器人應(yīng)用程序。

在這篇文章中，我們將探討這個特性，并分享如何使用Python構(gòu)建您自己的ISAAC應(yīng)用程序的分步指南。我們在ISAACSDK中介紹Python編程，并舉例說明如何創(chuàng)建應(yīng)用程序；如何使用代碼、模塊和數(shù)據(jù)流；以及如何處理不同的數(shù)據(jù)類型。我們用示例來總結(jié)文章，將子圖添加到同一個應(yīng)用程序中，并將其部署到Jetson上。我們還將向您展示如何使用Jupyter筆記本電腦，這是一個面向Python開發(fā)人員的強大UI工具。對于更高級的Python開發(fā)人員，我們還提供了在移動機器人上部署ISAAC應(yīng)用程序以及在ISAACSim中部署協(xié)作機器人手臂的例子。

圖1。使用Jupyter筆記本和ISAACSDKPythonAPI在ISAACSim中控制虛擬機器人。

ISAACSDK中Python編程入門

為了指導(dǎo)您使用Python創(chuàng)建一個ISAAC應(yīng)用程序，請創(chuàng)建一個應(yīng)用程序文件。從apps文件夾下的新文件夾開始，//apps/mybot。用下面的代碼創(chuàng)建一個構(gòu)建文件，并將其保存在//apps/mybot/BUILD下，以便Bazel能夠識別它。

為了指導(dǎo)您使用Python創(chuàng)建一個ISAAC應(yīng)用程序，請創(chuàng)建一個應(yīng)用程序文件。從apps文件夾下的新文件夾開始，//apps/mybot。用下面的代碼創(chuàng)建一個構(gòu)建文件，并將其保存在//apps/mybot/BUILD下，以便Bazel能夠識別它。

load("http://engine/build:","isaac_py_app")isaac_py_app(name="mybot",srcs=[""],data=[],modules=[],deps=["http://engine/pyalice",],)

在構(gòu)建文件中，//engine/pyalice是PythonAPI的支持代碼，是用Python編寫的robot應(yīng)用程序。將下面的代碼放入//apps/mybot/并用bazelrunapps/mybot:mybot運行它。您可以通過控制臺spew判斷它正在運行，您可以使用經(jīng)典的CTRL-C隨時停止它。

fromimportApplicationapp=Application(name="mybot")()

ISAACSDK為機器人應(yīng)用程序提供了許多構(gòu)建塊，稱為代碼。

其中一些代碼可以按原樣提供，比如錄音機。其他模塊打包為模塊，必須在代碼集可用之前顯式加載這些模塊。將以下模塊添加到剛剛創(chuàng)建的Bazel構(gòu)建文件中，以便加載它們。

modules=["message_generators","viewers",],

現(xiàn)在可以使用在之前創(chuàng)建的應(yīng)用程序?qū)嵗龔腜ython加載它們：

_module('message_generators')_module('viewers')

在ISAACSDK中，數(shù)據(jù)由傳感器生成，并在代碼實例之間流動，直到它們被執(zhí)行器消耗。要從加載的codelet創(chuàng)建實例，請在調(diào)用之前將以下代碼添加到Python應(yīng)用程序應(yīng)用程序運行.

node_src=('src')component_src=\node_(_,'ImageLoader')

這里創(chuàng)建了一個名為src的節(jié)點。消息生成器模塊提供的ImageLoader的組件以ImageLoader的名稱創(chuàng)建，并附加到src的節(jié)點上。它將指定PNG文件中的圖像數(shù)據(jù)作為ColorCameraProto消息發(fā)布，就像它們來自真實的相機一樣。您可以指定要從中加載數(shù)據(jù)的圖像以及其他幾個參數(shù)以及消息發(fā)布的頻率。有關(guān)詳細信息，請參閱ISAAC消息_generators.ImageLoader。

component_['color_filename']='/home/bob/Pictures/'component_['focal_length']=[35.0,35.0]component_['optical_center']=[300.0,400.0]component_['tick_period']='1hz'

node_sink=('sink')component_sink=\node_(,'ColorCameraViewer')

數(shù)據(jù)應(yīng)該在代碼之間流動。但是，必須在它們之間建立連接才能使數(shù)據(jù)流動。從文檔中可以看出，CameraGenerator有三個輸出通道。選擇ColorCameraProto消息發(fā)布到的color_left頻道。類似地，您可以看到ColorCameraViewer代碼從color_listener通道讀取消息。連接它們：

(component_src,'color',component_sink,'color_listener')

再次運行應(yīng)用程序，并檢查Sight是否有圖像。

ISAACSDK允許您在應(yīng)用程序中使用多個數(shù)據(jù)源：

在本節(jié)中，我們將解釋如何在Python應(yīng)用程序中使用這些數(shù)據(jù)類型。

ISAACSDK支持許多帶有V4L2Cameracodelet的USB攝像頭。

在本節(jié)中，您將使用Realsense攝像頭，它由realsense模塊中的RealsenseCamera代碼集支持。類似地，你可以從視線中看到攝像機鏡頭，就像之前的圖像一樣。因為這是對ImageLoader的直接替換，所以可以使用命令行參數(shù)在它們之間進行切換。有關(guān)如何在Python中處理命令行參數(shù)的更多信息，argparse-命令行選項、參數(shù)和子命令的解析器。您將得到如下代碼示例：

parser=(description='SamplePythonAPIapp')_argument('--source',type=str,dest='source',help='Thesourcetogetdatafrom',choices=['camera','image'],default='camera')args,_=_known_args()if=='image':_module('message_generators')component_src=\node_(_,'src')component_['color_filename']='/home/bob/Pictures/'component_['focal_length']=[35.0,35.0]component_['optical_center']=[300.0,400.0]component_['tick_period']='1hz'(component_src,'color',viewer_component,'color_listener')elif=='camera':_module('realsense')camera=("cam").add()=480=640_framerate=30_framerate=30(camera,'color',viewer_component,'color_listener')()

如前所示，PythonAPI提供了處理不同環(huán)境的靈活性。

使用真實的傳感器數(shù)據(jù)是直觀的，但是這樣做并不總是實際可行的。木桶能幫上忙。Cask是用于記錄ISAACSDK中的消息的格式。在ISAACSDK中，可以記錄一個消息流，并在以后回放以用于調(diào)試或分析。要從Realsense攝像頭錄制圖像流，請嘗試在//apps/samples/camera:record_realsense運行示例應(yīng)用程序。

有了錄音桶，你可以在沒有真正的傳感器的情況下隨時隨地重放和播放消息流。假設(shè)記錄的容器位于/home/bob/cask/的文件夾中。您可以使用Replay代碼來檢索消息：

player_node=('player')player_component=player_()player_['cask_directory']='/home/bob/cask'(player_component,'color',viewer_component,'color_listener')

類似地，您可以向Python應(yīng)用程序添加一個cask作為一個可能的選項，就像您使用realsenesscamera一樣。這里，名稱color是用于記錄彩色相機圖像流的通道名稱。然后你就可以查看視頻流，就好像它來自真實的攝像機一樣。

如前所述，您已經(jīng)有了一個Python應(yīng)用程序，可以在記錄的傳感器數(shù)據(jù)和真實傳感器數(shù)據(jù)之間切換?，F(xiàn)在再添加一個可能的數(shù)據(jù)源：來自ISAACSimUnity3D的模擬傳感器。將Sim選項添加到命令行參數(shù)源，并將模擬相機消息流連接到查看器以進行可視化，如以下代碼示例所示：

_argument('--source',type=str,dest='source',help='Thesourcetogetdatafrom',choices=['cask','camera','image','sim'],default='sim')…if=='image':...elif=='cask':...elif=='camera':...elif=='sim':('packages/navsim/apps/navsim_')('interface/output','color','viewer/ColorCameraViewer','color_listener')()

檢索ISAAC是Unity3D。有關(guān)詳細信息，請參閱ISAACSimUnity3D。

啟動ISAAC是Unity3D：

./build/_64--scenemedium_warehouse

默認(rèn)情況下，Python應(yīng)用程序嘗試與同一主機上的模擬對話。如果應(yīng)用程序正在另一臺主機上運行，請為組件interface/output配置相應(yīng)的主機參數(shù)。有關(guān)詳細信息，請參閱。運行該應(yīng)用程序，模擬攝像機的鏡頭可以看到。

鏡頭來自安裝在模擬機器人上的模擬攝像機。試著在模擬圖形用戶界面上玩一些可移動的物體，比如納米盒子，看看模擬相機的工作原理和真相機一樣。

正如您所注意到的，組件和連接它們的邊組成了一個圖形。這樣的圖可以從JSON文件加載，也可以根據(jù)需要從Python應(yīng)用程序加載。有關(guān)詳細信息，請參閱MIG。

例如，模擬通信子圖packages/navsim/apps/navsim_封裝了用于使用TCP與ISAACSimUnity3D或NVIDIAOmniverse通信的節(jié)點、組件和邊。要使其對應(yīng)用程序可用，請將以下Bazel數(shù)據(jù)依賴項添加到您先前創(chuàng)建的生成文件中：

data=["http://packages/navsim/apps:navsim_tcp_subgraph",],

在Python應(yīng)用程序中，可以使用以下命令加載它：

('packages/navsim/apps/navsim_')

子圖組件更像是由一組節(jié)點組成的配方，而不是容器。加載子圖更像是按照配方創(chuàng)建節(jié)點和組件。在視圖中，您可以看到從子圖創(chuàng)建的所有節(jié)點。通過將它們與其他節(jié)點連接，可以使用創(chuàng)建更復(fù)雜的應(yīng)用程序。

圖4。顯示各種子圖使用情況的計算圖。

當(dāng)加載多個子圖時，命名沖突MIGht會發(fā)生，因為在任何應(yīng)用程序中，節(jié)點都需要具有唯一的名稱。若要避免此類沖突，請使用另一個參數(shù)加載子圖：

('packages/navsim/apps/navsim_','simulation',)

這里，第二個參數(shù)是JSON文件中指定的所有節(jié)點的“nodenameprefix”。例如，packages/navsim/apps/navsim_文件指定一個名為interface的節(jié)點。前面的語句將創(chuàng)建一個名為的節(jié)點，而不是interface。

現(xiàn)在有了一個Python應(yīng)用程序。在真正的Jetson板上運行只需要一個命令：

./engine/build/-h-p//apps/mybot:mybot-pkg-djetpack43

有關(guān)將應(yīng)用程序部署到Jetson的更多信息，請參閱入門和在Jetson上部署和運行。

使用SSH連接到您的Jetson板或從GUI打開一個終端并檢查文件夾/home/nvidia/deploy/bob/mybot-pkg。如果您在Jetson和開發(fā)設(shè)置上使用不同的用戶名，請將nvidia替換為Jetson板上的用戶名，將bob替換為開發(fā)設(shè)置上的用戶名。

使用以下命令在Jetson上運行應(yīng)用程序：

nvidia@Jetson:~/deploy/bob/mybot-pkg$./runapps/mybot/

如果您正在使用存儲庫之外的資源，請考慮將它們添加到應(yīng)用程序的Bazel依賴項中，以便可以使用將它們與應(yīng)用程序一起自動部署到。

如果您在PC機上使用ISAACSimUnity3D，則可以正常通信。

因為這里有pythonapi，所以Jupyter筆記本肯定可以工作。將以下生成文件與空的一起使用：

isaac_jupyter_app(name="mybot",modules=["message_generators","viewers",],notebook="",)

以類似于Jetson板或X86工作站的方式部署應(yīng)用程序，并使用以下命令啟動Jupyter：

jupyternotebookapps/mybot/

你現(xiàn)在可以走了。run函數(shù)被阻塞，只有在robotic應(yīng)用程序停止時才返回。要以交互方式使用robotics應(yīng)用程序，請相應(yīng)地使用start和stop函數(shù)。

在使用模擬傳感器工作的部分，有一個模擬機器人，上面安裝了模擬攝像機。ISAACSimUnity3D是用來模擬移動機器人的。對于在ISAACSimUnity3D中控制帶有差分基座的模擬機器人的示例robot應(yīng)用程序，請檢查//apps/navsim:navsim_navigate中的應(yīng)用程序。組件和子圖可以在JSON文件apps/navsim/navsim_中找到。有關(guān)詳細信息，請參見ISAACSimUnity3D。

除了移動機器人，用Jupyter筆記本電腦進行簡單的聯(lián)合控制SDK也可以用于構(gòu)建機器人手臂的應(yīng)用程序。有了OmniverseISAAC，你可以在沒有真正硬件的情況下使用模擬機械手臂。有關(guān)更多信息，請按照用Jupyter筆記本電腦進行簡單的聯(lián)合控制上的“UR10in用Jupyter筆記本電腦進行簡單的聯(lián)合控制用Jupyter筆記本電腦進行簡單的聯(lián)合控制Sim”會話說明操作。應(yīng)用程序?qū)⒃谀M中控制機械臂，如圖5所示。

圖5。通用機器人的UR10正在使用Jupyter筆記本電腦進行模擬控制。

以下是應(yīng)用程序中發(fā)生的情況。第一件事是加載一個子圖，允許通過TCP與模擬器通信。

(filename="packages/navsim/apps/navsim_",prefix="simulation")

若要為關(guān)節(jié)生成平滑運動，請為節(jié)點加載另一個子圖：

(filename="packages/planner/apps/multi_joint_lqr_",prefix="lqr")

該子圖封裝LQR規(guī)劃器的節(jié)點，生成當(dāng)前關(guān)節(jié)狀態(tài)和目標(biāo)關(guān)節(jié)位置的命令。將仿真節(jié)點與規(guī)劃器的節(jié)點連接起來，以使機械臂關(guān)節(jié)狀態(tài)消息和命令消息在它們之間流動：

(simulation_node["output"],"joint_state",lqr_interface,"joint_state")(lqr_interface,"joint_command",simulation_node["input"],"joint_position")

用Python編碼的代碼集PyCodeletJointPositionControl從滑塊讀取目標(biāo)關(guān)節(jié)位置值，并將這些值作為CompositeProto消息發(fā)布：

classJointPositionControl(Codelet):defstart(self):=_proto_tx("CompositeProto","command")self._widget=CompositeWidget("position",)deftick(self):_msg=self._()

有關(guān)詳細信息，請參見創(chuàng)建Python代碼。

然后，JointPositionControl代碼集連接到一個節(jié)點，并連接到LQRplanner的目標(biāo)輸入通道：

widget_node=("command_generator")joint_commander=widget_(JointPositionControl)(joint_commander,"command",lqr_interface,"joint_target")

啟動應(yīng)用程序應(yīng)用程序啟動你可以隨意使用手臂。

在OmniverseISAACSim中，要有一個帶攝像頭的機械臂，請加載stageomni:/Isaac/Samples/Isaac_SDK/Scenario/sortbot_。在OmniverseISAACSim中啟動仿真和機器人引擎橋，并將視口從透視切換到腕部攝影機，如圖6和7所示。

圖6。ISAACSim中機器人的透視圖。

與之前的應(yīng)用程序一樣，您可以將模擬攝影機通道連接到ColorCameraViewer代碼板以可視化畫面，并將DepthCameraViewer連接到可視化模擬深度傳感器數(shù)據(jù)。

_module("viewers")viewers=("viewers")color_viewer=(,"ColorViewer")(simulation_node["output"],"color",color_viewer,"color_listener")depth_viewer=(,"DepthViewer")(simulation_node["output"],"depth",depth_viewer,"depth_listener")depth__visualization_depth=3

圖7。ISAAC模擬中機器人的手腕視圖。

在本文中，您使用pythonapi從頭創(chuàng)建了一個機器人應(yīng)用程序。您使應(yīng)用程序可以使用真實的攝影機、錄制的攝影機數(shù)據(jù)和模擬攝影機。我們還向您展示了如何使用pythonapi處理模擬移動機器人和模擬機械臂。做機器人玩得開心！

YangLiu是一名軟件工程師，負(fù)責(zé)開發(fā)NVIDIAISAACSDK的各個部分。他獲得了達拉斯德克薩斯大學(xué)計算機科學(xué)博士學(xué)位。

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