2021-12-16 02:53:50 +01:00
parent a3eb99693a
commit b5cdf8cfe6
9 changed files with 343 additions and 339 deletions
							
							
								
							
							
						
@@ -4,23 +4,23 @@
\label{chapter:ursim}
%----------------------------------------------------------------------------
A negyedik ipari forradalom az \enquote{okos} gyártásról szól. A korábban helyileg telepített számítási erőforrásokat felhasználó előre meghatározott, kötött gyártás irányítást leváltja a felhő alapú folyamat irányítás és optimalizálás. Itt már nem csak a gyártás a lényeg, a folyamatok elemzésével és mély megértésével a hangsúly a precíz optimalizációra és produktivitás növelésre hegyeződik ki. Ehhez felhasználják az ipar legújabb vívmányait: Egyre nagyobb teret hódít a gyártástechnikában az Ipari \acrshort{iot} (\acrshort{iiot}), a mesterséges intelligencia és gépi tanulás, a gép-gép kommunikáció, valósidejű adatgyűjtés, \textit{Big Data} és még sok minden más \cite{whatisindustry4}.
A negyedik ipari forradalom az \enquote{okos} gyártásról szól. A korábban helyileg telepített számítási erőforrásokat felhasználó, előre meghatározott, kötött gyártás irányítást felváltja a felhő alapú folyamat irányítás és optimalizálás. Itt már nem csak a gyártás a lényeg, a folyamatok elemzésével és mély megértésével a hangsúly a precíz optimalizációra és a produktivitás növelésre hegyeződik ki. Ehhez felhasználják az ipar legújabb vívmányait: Egyre nagyobb teret hódít a gyártástechnikában az Ipari \acrshort{iot} (\acrshort{iiot}), a mesterséges intelligencia és gépi tanulás, a gép-gép kommunikáció, valósidejű adatgyűjtés, \textit{Big Data} és még sok minden más \cite{whatisindustry4}.
A robotvezérlés precíz időzítést igényel, hiszen itt pár-tíz milliszekundumos eltérések akár katasztrofális következményekkel járhatnak. Éppen ezért sokáig a robotok közvetlen vezérlésének kiszervezése a felhőbe nem volt megoldható. A peremhálózati rendszerekkel viszont ez megváltozhat.
Ez az alkalmazás a peremhálózati rendszerek alacsony késleltetését aknázza ki. Hiszen a robotika vezérlésnél fontos a precíz irányítás, úgy vélem itt különösen jól alkalmazható ez a technológia. A peremhálózati rendszereknek hála tovább csökkenthetővé válik a gyárakban helyben telepített informatikai infrastruktúra mértéke, hiszen több alkalmazás válik felhőbe \enquote{költöztethetővé}  és ezáltal annak előnyeit is nagyobb mértékben lesznek képesek kihasználni a gyártósorok.
Ez az alkalmazás a peremhálózati rendszerek alacsony késleltetését aknázza ki, hiszen a robotika vezérlésnél fontos a precíz irányítás, úgy vélem itt különösen jól alkalmazható ez a technológia. A peremhálózati rendszereknek hála tovább csökkenthetővé válik a gyárakban helyben telepített informatikai infrastruktúra mértéke, hiszen több alkalmazás válik felhőbe \enquote{költöztethetővé}  és ezáltal annak előnyeit is nagyobb mértékben lesznek képesek kihasználni a gyártósorok.
Ebben a feladatban egy már rendelkezésre álló demonstrációt alakítottam át úgy, hogy az kihasználja a peremhálózati rendszerek adta lehetőségeket.
\section{Környezet ismertetése} % Általánosan a robotkar cumók ismertetése
A feladat megkezdésekor rendelkezésemre állt egy gondosan megtervezett demonstrációs szcenárió, amely kifejezetten a hálózati késleltetés jelentőségének bemutatására lett tervezve. Ez a szcenárió magában foglalja mind a szoftveres és a hardveres megoldást, a kettőt összekötő hálózatot és még egyedileg 3D nyomtatott munkadarabokat is.
A feladat megkezdésekor rendelkezésemre állt egy gondosan megtervezett demó szcenárió, amely kifejezetten a hálózati késleltetés jelentőségének bemutatására lett tervezve. Ez a szcenárió magába foglalja mind a szoftveres és a hardveres megoldást, a kettőt összekötő hálózatot és még egyedileg 3D nyomtatott munkadarabokat is.
\subsection{\textit{Universal Robots}}
A demonstráció használt robotkarokat az \textit{Universal Robots} nevű dán vállalat tervezi és gyártja. A gyártó palettáján több robotkar is megtalálható. Ez az írás idejében kétszer három plusz egy modellt jelent, az \textit{UR3} és \textit{UR3e}, az \textit{UR5} és \textit{UR5e}, az \textit{UR10} és \textit{UR10e} illetve az \textit{UR16e}. Mindegyik robotkar egyre növekvő módon egyre növekvő kihívásoknak képes eleget tenni. % TODO: Cite
A demonstráció során használt robotkarokat a \textit{Universal Robots} nevű dán vállalat tervezi és gyártja. A gyártó palettáján több robotkar is megtalálható. Ez a dolgozatírás idejében kétszer három plusz egy modellt jelent, az \textit{UR3} és \textit{UR3e}, az \textit{UR5} és \textit{UR5e}, az \textit{UR10} és \textit{UR10e} illetve az \textit{UR16e}. Mindegyik robotkar egyre növekvő módon egyre növekvő kihívásoknak képes eleget tenni. % TODO: Cite
Az \textit{Universal Robots} által gyártott robotkarok vezérlését a hozzákapcsolt \textit{Control Box} végzi. Ez lényegében egy Mini-ITX számítógép, ami egyéni \Gls{linux} alapú operációs rendszert futtat. Ezen a számítógépen fut a robotkarok alacsony szintű vezérlője, amelyet különböző hálózati protokollok segítéségével kezelhetünk, illetve a grafikus felület, amely lokális kapcsolaton csatlakozik ezekhez az interfészekhez \cite{urscriptreference}.
A \textit{Universal Robots} által gyártott robotkarok vezérlését a hozzákapcsolt \textit{Control Box} végzi. Ez lényegében egy Mini-ITX számítógép, amely egyéni \Gls{linux} alapú operációs rendszert futtat. Ezen a számítógépen fut a robotkarok alacsony szintű vezérlője, amelyet különböző hálózati protokollok segítéségével kezelhetünk, illetve a grafikus felület, amely lokális kapcsolaton csatlakozik ezekhez az interfészekhez \cite{urscriptreference}.
A demonstrációhoz használt két robotkar típusa \textit{UR3} és \textit{UR3e}.
							
							
							
								
							
						
@@ -28,7 +28,7 @@ A demonstrációhoz használt két robotkar típusa \textit{UR3} és \textit{UR3
Jellemzően többfajta felépítésű robotkar létezik. A demonstráció során használt mindkettő robotkar csuklós felépítésű, azaz az emberi karhoz hasonlóan hajlatokkal (joint) rendelkezik a merev tagok között. 
A használt robotkarok hat darab ilyen hajlattal rendelkeznek, amely kellő szabadságot nyújt nekik a mozgás terén. A hat jointból ötöt +/- 360$^\circ$ lehet elforgatni, az utolsót, amely a robotkar \enquote{csuklóját} adja pedig végtelenszer lehet körbeforgatni. Egy ilyen robotkar képes fél méteres (500mm) körön belül mozgásokat végezni, és három kilogramm hasznos terhet mozgatni. Maga a robotkar saját súlya 11 kilogramm \cite{ur3_specs}.
A használt robotkarok hat darab ilyen hajlattal rendelkeznek, amely kellő szabadságot nyújt nekik a mozgás terén. A hat jointból ötöt +/- 360$^\circ$-ban lehet elforgatni, az utolsót, amely a robotkar \enquote{csuklóját} adja, pedig végtelenszer lehet körbeforgatni. Egy ilyen robotkar képes fél méteres (500mm) körön belül mozgásokat végezni, és három kilogramm hasznos terhet mozgatni. Maga a robotkar saját súlya 11 kilogramm \cite{ur3_specs}.
A két robotkar végére két különböző gripper van telepítve, mindkettő \textit{OnRobot} gyártmány, viszont az egyik egy \textit{rg2} a másik pedig \textit{rg2-ft}. Fizikai jellemzőit tekintve a két gripper hasonló: mindkettő képes legalább 100mm-re kinyílni és 2 kilogramm erővel vízszintesen tömeget megemelni. A szorításra maximum 40 Newton erőt képesek kifejteni \cite{rg2datasheet,rg2tftdatasheet}. A fő különbséget a gripperek kommunikációs interfésze nyújtja.
							
							
							
								
							
						
@@ -38,15 +38,15 @@ A két robotkar végére két különböző gripper van telepítve, mindkettő \
Az demonstráción használt \textit{Universal Robots} robotkarok többféle kommunikációs interfésszel rendelkeznek, amelyeket a \textit{Control Box} valósít meg \cite{robot_client_interfaces}: 
\begin{itemize}
	\item \textbf{Primary/Secondary Interfaces}: A robotok vezérlő szoftvere két interfészt tart fenn a robotkar státuszának módosítására és megfigyelésére. Az elsődleges (primary) interfészen olvasni és írni is lehet a robot állapotát a másodikon csak olvasni. Elsősorban ez az interfész a grafikus kezelőfelülettel történő kommunikációra lett kifejlesztve. URScript parancsokat képes küldeni és fogadni 10Hz-es rátával (Azaz 100ms gyakorisággal küldhetünk vagy fogadhatunk valamilyen információt).
	\item \textbf{Primary/Secondary Interfaces}: A robotok vezérlő szoftvere két interfészt tart fenn a robotkar státuszának módosítására és megfigyelésére. Az elsődleges (primary) interfészen olvasni és írni is lehet a robot állapotát, a másodikon csak olvasni. Ez az interfész elsősorban a grafikus kezelőfelülettel történő kommunikációra lett kifejlesztve. URScript parancsokat képes küldeni és fogadni 10Hz-es rátával (azaz 100ms gyakorisággal küldhetünk vagy fogadhatunk valamilyen információt).
	
	\item \textbf{Real-time Interfaces}: A valós idejű interfész működése hasonló az előbb említett elsődleges és másodlagos intefész működéséhez. Úgyanúgy státuszt tudunk vele megkapni és URScript parancsokat fogad. A fő különbség a működési ráta. Itt akár 500Hz-es rátát is elérhetünk (azaz 2ms gyakorisággal) \cite{robot_controll_tcpip}.
	
	\item \textbf{Dashboard Server}: A robot grafikus kezelőfelületét is képesek vagyunk közvetlenül, programozottan vezérelni \acrshort{tcp} kapcsolaton keresztül. Ez olyan alapvető funkciókat enged végrehajtani, mint az eltárolt programok betöltése, futtatása, felhasználók hozzáférési szintjének szabályozása, és alapvető robot státusz információk lekérdezése.
	
	\item \textbf{Socket Communication}: Ez egy alacsony szintű \acrshort{tcp} alapú kommunikáció, amelyben a robot kliensként viselkedik és a szerver, amihez kapcsolódik látja el utasításokkal. Természetesen ezen a protokollon is \textit{URScript} parancsokat adhatunk ki, ezekben segítő utasítások vannak a kapcsolat életciklusának kezelésére.
	\item \textbf{Socket Communication}: Ez egy alacsony szintű \acrshort{tcp} alapú kommunikáció, amelyben a robot kliensként viselkedik és a szerver, amihez kapcsolódik, látja el utasításokkal. Természetesen ezen a protokollon is \textit{URScript} parancsokat adhatunk ki, ezekben segítő utasítások vannak a kapcsolat életciklusának kezelésére.
	
	\item \textbf{\acrshort{xml}-\acrshort{rpc}}: Ez a protokol lehetőséget ad sokkal széles körűbb alkalmazásokra, mint az előbbiekben említett \textit{URScript}et használó protokollok. Hiszen az egyes funkcióit a robotoknak a paraméterekkel együtt függvényhívás szerűen végezhetjük. Ezzel sokkal komplexebb programok készíthetőek.	
	\item \textbf{\acrshort{xml}-\acrshort{rpc}}: Ez a protokol lehetőséget ad sokkal széles körűbb alkalmazásokra, mint az előbbiekben említett \textit{URScript}et használó protokollok. Hiszen a robotok egyes funkcióit a paraméterekkel együtt függvényhívás szerűen végezhetjük. Ezzel sokkal komplexebb programok készíthetőek.		
	
	\item \textbf{\acrfull{rtde}}: Az \acrshort{rtde}-t egy robusztus megoldásnak tervezték, amely kiválthatja a \textit{Real-time} interfészt. Lehetővé teszi az \textit{UR} kontroller számára az egyéni státusz-adat és regiszter állapotok átvitelét. Ez az interfész valósidejű szinkronizációt tesz lehetővé akár 125Hz-es rátával (8ms/üzenet).
\end{itemize}
							
							
							
								
							
						
@@ -55,11 +55,11 @@ Emellett a hozzákapcsolt grippereknek is lehet önálló kommunikációs interf
\subsubsection{\textit{URScript}}
Az \textit{URScript} imperatív, interpretált szkriptnyelv, amelyet elsősorban robotikai alkalmazásokra fejlesztettek ki \cite{urscriptreference}. A nyelv szintaktikája sokban hasonlít a \gls{python} programozási nyelvre. 
A \textit{URScript} imperatív, interpretált szkriptnyelv, amelyet elsősorban robotikai alkalmazásokra fejlesztettek ki \cite{urscriptreference}. A nyelv szintaktikája sokban hasonlít a \gls{python} programozási nyelvre.
A fő eltérés a \gls{python} programozási nyelvhez képest, hogy explicit jelezni kell, ha egy blokk véget ér (\texttt{end} kulcsszó). URScript snippeteket gyakran \textit{on-the-fly} tudunk küldeni valamilyen \acrshort{tcp} kapcsolaton keresztül. Feltételezhetően ez miatt kell jelölni a blokkok végét, hiszen másként nem lenne lehetősége a vezérlő szoftvernek eldönteni, hogy egy blokk véget ért-e.
A fő eltérés a \gls{python} programozási nyelvhez képest, hogy explicit jelezni kell, ha egy blokk véget ér (\texttt{end} kulcsszó). URScript snippeteket gyakran \textit{on-the-fly} tudunk küldeni \acrshort{tcp} kapcsolaton keresztül. Feltételezhetően ez miatt kell jelölni a blokkok végét, hiszen másként nem lenne lehetősége a vezérlő szoftvernek eldönteni, hogy egy blokk véget ért-e.
Az \textit{URScript} programokban lehetőség van többszálúsítást alkalmazni. Az egyes szálakat hagyományos módon függvény szerűen tudjuk definiálni. Mivel az \textit{URScript} elsődleges felhasználása, hogy robotokat vezéreljen valós időben, ezért a szálak ütemezése is erre alapozott.
Az \textit{URScript} programokban lehetőség van többszálúsítást alkalmazni. Az egyes szálakat hagyományos módon függvény szerűen tudjuk definiálni. Mivel a \textit{URScript} elsődleges felhasználása, hogy robotokat vezéreljen valós időben, ezért a szálak ütemezése is erre alapozott.
A robotokat 125Hz-es rátával kell vezérelni (azaz 8ms-ként kell utasítást adni nekik). Hogy ezt megvalósíthassa, a végrehajtó környezet minden szálnak pontosan 8ms időt allokál, hogy fusson. A futásra készen álló szálakból \textit{round-robin} ütemezés szerint választ az ütemező. % TODO itt kibogarászni hogy a physical idő meg a timeframe-ek hogy vannak
							
							
							
								
							
						
@@ -76,7 +76,7 @@ Egyetlen hátránya ennek a megoldásnak, hogy a robotkarokat önállóan egy iz
A megvalósított demonstráció egy általános összeszerelési szcenáriót mintáz. Ebben a szcenárióban a két robotkar egyenként felemel egy-egy munkadarabot. Ezeket a levegőben összeillesztik, majd ezután az egyik robotkar elengedi, a másik pedig leteszi.
Bár egyszerűnek tűnik, ebben a szcenárióban nagy hangsúly helyezkedik a hálózat pontos időzítésérére. Hiszen a kritikus ponton, amikor a két robotkar össze illeszti a munkadarabot kiemelten fontos, hogy egyszerre mozogjanak, hiszen ha ez nem sikerül, akkor összeillesztés helyett eltörik a munkadarabot.
Bár egyszerűnek tűnik, ebben a szcenárióban nagy hangsúly helyeződik a hálózat pontos időzítésérére, hiszen a kritikus ponton, amikor a két robotkar összeilleszti a munkadarabot, kiemelten fontos, hogy egyszerre mozogjanak, hiszen ha ez nem sikerül, akkor összeillesztés helyett eltörik a munkadarabot.
A következőkben részletesen bemutatom ennek a szoftvernek a felépítését és működését.
							
							
							
								
							
						
@@ -96,20 +96,20 @@ Az asztalon a két munkadarabnak kijelölt helye van, ahonnan a robotkarok felem
\subsubsection{Vezérlés}
\label{sec:ursim_demo_control}
A demo vezérlésére a munkám elején egy \gls{python} nyelven megírt monolit program állt rendelkezésemre. A program úgy lett tervezve, hogy elindításával csatlakozik mindkettő robotkar \acrshort{rtde} interfészére. Majd sorban elküldi a robotkaroknak a demo végrehajtásához szükséges utasításokat. A % TODO
A demo vezérlésére a munkám elején egy \gls{python} nyelven megírt monolit program állt rendelkezésemre. A program úgy lett tervezve, hogy elindításával csatlakozik mindkettő robotkar \acrshort{rtde} interfészére, majd sorban elküldi a robotkaroknak a demo végrehajtásához szükséges utasításokat. A % TODO
gripper vezérlését \acrshort{rest} \acrshort{api}-n keresztül végzi.
A két robotkar vezérlése két külön szálon van megvalósítva. Mindkettő szálon egymás után következnek az utasítások, a kritikus szinkronizációs részek egyszerű szál-szinkronizációs primitívekkel vannak megoldva. 
A programban több futtatási mód is implementálva van. Egyrészt gyors és lassú végrehajtás sebesség között lehet választani. Ez a robotkarok mozgási sebességét befolyásolja. Emellett úgynevezett \enquote{Jogging} módban is lehet az alkalmazást futtatni. Ebben a módban a program minden mozdulat végrehajtása előtt várakozik egy gomb lenyomására a további parancsok kiadása előtt. Így lehetőség adódik az esetleges hibás mozgások hibakeresésére, illetve a program teljesen automatikus lefuttatása előtt manuális tesztelésre.
A programban több futtatási mód is implementálva van. Egyrészt gyors és lassú végrehajtási sebesség között lehet választani. Ez a robotkarok mozgási sebességét befolyásolja. Emellett úgynevezett \enquote{Jogging} módban is lehet az alkalmazást futtatni. Ebben a módban a program minden mozdulat végrehajtása előtt várakozik egy gomb lenyomására a további parancsok kiadása előtt. Így lehetőség adódik az esetleges hibás mozgások hibakeresésére, illetve a program teljesen automatikus lefuttatása előtt manuális tesztelésre.
A program a konfigurációs beállításait egy \gls{ini} fájlban tárolja. Ezek a konfigurációs beállítások elsősorban a robotkarok és a hozzá tartozó gripperek hálózati címeit adja meg, illetve a konkrét sebesség módokhoz tartozó konfigurációs értékeket. 
Az \gls{ini} fájl mellett a program a konkrét lépésekhez tartozó koordinátákat egy \textit{Microsoft Excel} \gls{xlsx} fájlból olvassa ki. Ebben a fájlban mindkét robotkarhoz tartozóan fel vannak sorolva az egyes pózok leírásai sorrendben. % koordináták mind tool- és joint térben. %TODO verify naming
\section{Felkészítés a peremhálózati alkalmazásra} % Itt foglalom össze, hogy hogy terveztem meg ezt a fost
\section{Felkészítés a peremhálózati alkalmazásra} % Itt foglalom össze, hogy hogy terveztem meg
Alapos tervezést igényelt a fenti monolit demonstráció átültetése felhő és perem számítástechnikai rendszerbe oly módon, hogy annak előnyeit megfelelően ki tudja használni.
A fenti monolit demó átültetése alapos tervezést igényelt egy felhő és perem számítástechnikai rendszerbe oly módon, hogy annak előnyeit megfelelően ki tudja használni.
\subsection{Architektúra}
							
							
							
								
							
						
@@ -117,7 +117,7 @@ Mivel a \textit{Kubefed} keretrendszert választottam az alkalmazásom futtatás
Ennek érdekében a tervezés első lépéseként felbontottam funkcionális egységekre a jelenlegi demonstráció vezérlését. A felbontásnál viszont itt nem csak a funkcionális egységek elkülönítését tartottam szem előtt. Mivel egy három rétegű architektúrára tervezek, ezért figyelembe kellett vennem annak elvárásait és adottságait. 
A végleges funkcionálisan felbontott részegységekről \aref{fig:usrsim_services_plan-blocks}.\ ábra ad áttekintést. Érdemes megfigyelni, hogy végeredményében a három rétegű architektúránk egy három szintű robot vezérlést implementál, amely a vezérlési feladatokat egyre nagyobb absztrakcióval kezeli. Az egyes rétegeken belüli rendszerek tervezését a következő szekciókban ismertetem.
A végleges funkcionálisan felbontott részegységekről \aref{fig:usrsim_services_plan-blocks}.\ ábra ad áttekintést. Érdemes megfigyelni, hogy végeredményében a három rétegű architektúra egy három szintű robot vezérlést implementál, amely a vezérlési feladatokat egyre nagyobb absztrakcióval kezeli. Az egyes rétegeken belüli rendszerek tervezését a következő szekciókban ismertetem.
\begin{figure}[h!]
	\centering
							
							
							
								
							
						
@@ -128,16 +128,16 @@ A végleges funkcionálisan felbontott részegységekről \aref{fig:usrsim_servi
\subsubsection{\textit{On-site} réteg}
Mivel azt szeretnénk, hogy a telephelyen belüli (On-site) rendszer a lehető legminimálisabb legyen, így oda csak maga a robotkar -- és a hozzá tartozó \textit{Control Box} amely az alacsony szintű vezérlését megvalósítja -- kerül. Természetesen ebből több is kerülhet egy telephelyre, vagy akár több telephelyre kihelyezett rendszert is irányíthatunk egyszerre.
Mivel azt szeretnénk, hogy a telephelyen belüli (On-site) rendszer a lehető legminimálisabb legyen, így oda csak maga a robotkar -- és a hozzá tartozó \textit{Control Box}, amely az alacsony szintű vezérlését megvalósítja -- kerül. Természetesen ebből több is kerülhet egy telephelyre, vagy akár több telephelyre kihelyezett rendszert is irányíthatunk egyszerre.
\subsubsection{Peremhálózati réteg}
\label{sec:edge_layer_plans}
A középső rétegben alacsony késleltetésünk van a robotkar felé, viszont csak limitált erőforrásaink vannak. Ennek érdekében csak azokat a komponenseket lenne érdemes ide tenni, amelynél ezek a szempontok fontosak és azt is minimálisan tartani. Ezen a szinten ezért egy \enquote{középszintű} vezérlő komponenst terveztem. Ez már az általam írt kód szerint dolgozik, így tetszőleges logikát tudok bele implementálni. Az alacsony késleltetés miatt innen megbízhatóan és közvetlenül lehet a robotkarnak mozgató utasításokat kiadni illetve az állapotát beolvasni.
A középső rétegben alacsony késleltetésünk van a robotkar felé, viszont csak limitált erőforrásaink vannak. Ennek érdekében csak azokat a komponenseket lenne érdemes ide tenni, amelyeknél ezek a szempontok fontosak és azt is minimálisan tartani. Ezen a szinten ezért egy \enquote{középszintű} vezérlő komponenst terveztem. Ez már az általam írt kód szerint dolgozik, így tetszőleges logikát tudok bele implementálni. Az alacsony késleltetés miatt innen megbízhatóan és közvetlenül lehet a robotkarnak mozgató utasításokat kiadni illetve az állapotát beolvasni.
A \enquote{középszintű} vezérlés feladata egy olyan absztrakciót adni az egyel magasabb réteg felé, hogy ott már olyan módon lehessen irányítani a robotok működését, hogy azt ne zavarja a késleltetés. Ezt az absztrakciót úgy terveztem meg, hogy nagyobb, összefüggő lépés sorozatok végrehajtását tegye lehetővé a magasabb réteg felé.
A lépés sorozatoknál elvárás, hogy biztonságos állapotból indulnak és biztonságos állapotba érkeznek. Így a kettő lépés sorozat végrehajtása között eltelt idő nem befolyásolja károsan a rendszert. A lépés sorozatok engednek egy bizonyos fokú külső befolyást is, viszont ezeket szigorúan úgy kell implementálni, hogy itt se számítson a késleltetése a beavatkozásoknak. 
A lépés sorozatoknál elvárás, hogy biztonságos állapotból indulnak és biztonságos állapotba érkeznek. Így a kettő lépés sorozat végrehajtása között eltelt idő nem befolyásolja károsan a rendszert. A lépés sorozatok engednek bizonyos fokú külső befolyást is, viszont ezeket szigorúan úgy kell implementálni, hogy itt se számítson a késleltetése a beavatkozásoknak. 
A lépés sorozatokat \textit{Program}nak neveztem el. Egy ilyen \textit{program} lépéseinek végrehajtása a futtatás. A magasabb rétegek ilyen előre összeállított programokat képesek a peremhálózati rendszer felé küldeni, illetve annak futási állapotáról információkat kapni. 
							
							
							
								
							
						
@@ -149,12 +149,12 @@ Mivel a peremhálózati rétegben már kialakítottunk egy absztrakciót, amely
Az Ipar 4.0 megközelítésben különös szerepet játszik a \textit{Big Data}, azaz a nagy mennyiségű adat gyűjtése és feldolgozása és ennek felhasználása.
Az adatok gyűjtése nem késleltetés érzékeny, ezért nem okoz problémát, ha a peremhálózatról egyenesen a felhőbe küldjük. Mivel a dolgozatom a \textit{Big Data} konkrét elemzésére nem tér ki, ezért az általam tervezett rendszerben a mérési adatokkal való tervezés kimerül azok gyűjtésében. 
Az adatok gyűjtése nem késleltetés érzékeny, ezért nem okoz problémát, ha a peremhálózatról egyenesen a felhőbe küldjük. Mivel a dolgozatom a \textit{Big Data} konkrét elemzésére nem tér ki, ezért az elkészített rendszerben a mérési adatok gyűjtése és feldolgozása kimerül annak magas szintű tervezésében.
\subsection{Peremhálózati szolgáltatások} % Peremhálózati rendszer basically
\label{sec:single_robot_contoller_plans}
\Aref{sec:edge_layer_plans}.\ szekcióban ismertetettek alapján terveztem meg a peremhálózati rendszerben futó mikroszolgáltatás halmazt. Jelenleg ez egyetlen egy mikroszolgáltatásból áll, ez az a szolgáltatás a \textit{program}ok futtatását valósítja meg.
\Aref{sec:edge_layer_plans}.\ szekcióban ismertetettek alapján terveztem meg a peremhálózati rendszerben futó mikroszolgáltatás halmazt. Jelenleg ez egyetlen egy mikroszolgáltatásból áll, ez a szolgáltatás a \textit{program}ok futtatását valósítja meg.
Egy program egyszerre csak egy robotkar működését írja le, így egy ilyen komponens egyszerre csak egy robotkarhoz kapcsolódik. A demonstráció végrehajtásához két komponensnek kell kapcsolódnia.
							
							
							
								
							
						
@@ -165,20 +165,20 @@ Emellett meg kell oldania olyan problémákat is, amelyek \aref{sec:ursim_demo_c
Annak érdekében, hogy a komponens absztrakt módon megoldást adjon a késleltetések áthidalására a felhő és a peremhálózati rendszerek között a robot mozgatásához szükséges lépéseket egy \textit{program}ba szedve kapja meg. Egy ilyen \textit{program} utasításokból épül fel, amelyet interpretáltan, imperatív módon hajt végre a komponens.
Szerettem volna egy olyan végrehajtási környezetet megalkotni, ahol könnyen lehet az egyes utasítások mögött cserélni a funkcionalitást. Ezzel egyrészt lehetőség nyílik arra, hogy a programokat szinte módosítás nélkül újrahasznosítsuk.
Szerettem volna egy olyan végrehajtási környezetet megalkotni, ahol könnyen lehet az egyes utasítások mögött cserélni a funkcionalitást. Ezzel lehetőség nyílik arra, hogy a programokat szinte módosítás nélkül újrahasznosítsuk.
Munkám során mások is dolgoztak a robotkarok alacsony szintű vezérlésén. Terveink szerint ezeket a törekvéseket egy projektben fogjuk majd egyesíteni. Ez is alátámasztotta a dinamikusan cserélhető funkcionalitás szükségességét.
Ezek motiválták, hogy az egyes utasításokat önálló komponensbe szervezzem. Ezeket a komponenseket \textit{plugin}-nak neveztem el. A \textit{program} által végrehajtható utasításokat az egyes \textit{plugin}-ok implementálják. Egy \textit{plugin} többet is akár, illetve egy utasítást több \textit{plugin} is implementálhat\footnote{Ilyen esetben csak egy \textit{plugin}-t használhatunk egyszerre}. Ennek köszönhetően egy utasítás mögött egy másik \textit{plugin} használatával könnyen lecserélhetjük a funkcionalitást. A program futtatása előtt definiálni kell, hogy konkrétan melyik \textit{plugin}-okat szeretnénk használni a futtatás során.
Egy \textit{plugin} által definiált utasítás a funkcionalitás mellett annak végrehajtásának vége előtti megszakítását is implementálnia kell, hiszen bármikor előfordulhat olyan helyzet, hogy le kell állítani a futtatást. Emellett a végrehajtás állapotának megfigyelhetőségéhez szükséges funkciókat is meg kell valósítania.
Egy \textit{plugin} által definiált utasításnak, a funkcionalitás mellett, végrehajtásának vége előtti megszakítását is implementálnia kell, hiszen bármikor előfordulhat olyan helyzet, hogy le kell állítani a futtatást. Emellett a végrehajtás állapotának megfigyelhetőségéhez szükséges funkciókat is meg kell valósítania.
\subsubsection{Szinkronizáció}
\label{sec:ursim_snyc_proto}
A demonstráció során kiemelt szerepe van a két robotkar lépéseinek összehangolására kritikus pontokban. 
Mivel itt már nem két szál összehangolásáról van szó hanem két egymástól független alkalmazásra, amelyek az architektúra, a peremhálózati keretrendszer és a futtatási környezetből adódóan jóformán csak hálózaton tudnak kommunikálni, ezért ez egy teljesen más megoldást kívánt.
Mivel itt már nem két szál összehangolásáról van szó, hanem két egymástól független alkalmazásról, amelyek az architektúra, a peremhálózati keretrendszer és a futtatási környezetből adódóan jóformán csak hálózaton tudnak kommunikálni, ezért ez teljesen más megoldást kívánt.
Alapos kutatás után sajnos nem találtam erre a problémára teljes, kész megoldást, ezért kidolgoztam egy saját megoldást.
							
							
							
								
							
						
@@ -204,17 +204,17 @@ A szinkronizációs folyamat időbeni lefutása \aref{fig:pyprocsync_flow} ábr
A protokoll arra hagyatkozik, hogy ismerjük, hogy hány komponenst kell szinkronizálni. Mindig, amikor egy program a szinkronizációs ponthoz érkezik, akkor atomikus módon megnövel egy számlálót, ha a számláló értéke egyezik, a várakozó komponensek számával, akkor az utolsó komponens a pillanatnyi rendszeridőhöz hozzáad egy fix értéket, és ezt kihirdeti a többi komponens felé\footnote{Ha feltételezzük, hogy a rendszeridők szinkronban vannak, akkor lényegében mindegy, hogy melyik komponens hirdeti ki.}. Erre a hozzáadásra azért van szükség, hogy ellensúlyozza azt az időt (ami a hálózati késleltetésből adódóan változó lehet), amíg az üzenet eljut minden komponenshez. Ezek után a komponensek a kihirdetett időben folytatják a végrehajtást.
A szinkronizációs megoldást önállóan elérhető \gls{python} csomagként is publikáltam, így más projektekben is felhasználható\footnote{\url{https://github.com/marcsello/pyprocsync}}. Sajnos az implementáció csak \textit{Redis}-el működik.
A szinkronizációs megoldást önállóan elérhető \gls{python} csomagként is publikáltam, így más projektekben is felhasználható\footnote{\url{https://github.com/marcsello/pyprocsync}}. Sajnos az implementáció csak \textit{Redis}-szel működik.
\subsubsection{Megfigyelés és vezérlés}
A szolgáltatásnak lehetőséget kell adni arra, hogy működése megfigyelhető és beavatkozható legyen. Erre a célra egy \acrshort{http} \acrshort{api}-t terveztem. 
A szolgáltatásnak lehetőséget kell adni arra, hogy működése megfigyelhető legyen és be lehessen abba avatkozni. Erre a célra egy \acrshort{http} \acrshort{api}-t terveztem. 
Azért ezt a megoldást választottam, mert a \acrshort{http} protokoll kellően elterjedt, ezért széleskörűen támogatott. Mivel a futtatókörnyezet \textit{Kubernetes} alapú, ezért ez a legkönnyebben kezelhető hálózati erőforrás. %TODO: alátámasztani/megindokolni
Az \acrshort{api} két fontos és fix funkciót kell kiszolgáljon. Szükség esetén a program futását meg kell tudni szakítani (akár egy lépés végrehajtása közben is), emellett a program futásának állapotát is lekérhetővé teszi.
A \textit{plugin}ek további funkcionalitást regisztrálhatnak, amiket az \acrshort{api} használatával lehet elérni. Ennek segítségével meg lehet valósítani a \enquote{jogging} futtatást egy olyan \textit{plugin}nel ami minden fő lépés után meghívásra kerül és várakozik az endpoint meghívására.
A \textit{plugin}ek további funkcionalitást regisztrálhatnak, amiket az \acrshort{api} használatával lehet elérni. Ennek segítségével meg lehet valósítani a \enquote{jogging} futtatást egy olyan \textit{plugin}nel, ami minden fő lépés után meghívásra kerül és várakozik az endpoint meghívására.
\subsection{Felhő szolgáltatások}
\label{sec:cloud_layer_plans}
							
								
							
							
								
							
							
						
@@ -248,7 +248,7 @@ Ennek a komponensnek a működése nagyban függ a konkrét keretrendszertől é
\section{Implementáció} 
Az összes általam választott szolgáltatást \gls{python} nyelven implementáltam le. Mivel népszerű programnyelv ezért mind a robotkarok vezérlésére, mind pedig a többi felhasználásra kész programozói könyvtárakkal rendelkezik, így ez egy kézenfekvő választás volt.
Az összes általam választott szolgáltatást \gls{python} nyelven implementáltam le. Mivel népszerű programnyelv ezért mind a robotkarok vezérlésére, mind pedig a többi felhasználásra kész programozói könyvtárakkal rendelkezik, így ez kézenfekvő választás volt.
% ha nagyon kevés oldal van, akkor itt tudok írni a fejlesztői környezetről is illetve a tesztelésről
							
								
							
							
								
							
							
						
@@ -316,9 +316,9 @@ Amikor a program futása erre a pontra érkezik, akkor az várakozni fog egésze
Ez a \textit{plugin} jelenleg az egyetlen, amely a robotkar irányítását megvalósítja.
Inicializációkor csatlakozik a robotkar \acrshort{rtde} interfészére, amelyre blokkoló módon küldi a mozgási utasításokat. Ennek értelmében a cím amelyre csatlakoznia kell már itt rendelkezésre kell állnia, így azt a program konfigurációjaként adhatjuk meg. 
Inicializációkor csatlakozik a robotkar \acrshort{rtde} interfészére, amelyre blokkoló módon küldi a mozgási utasításokat. Ennek értelmében a cím, amelyre csatlakoznia kell, már itt rendelkezésre kell állnia, így azt a program konfigurációjaként adhatjuk meg. 
Minden egyes utasítás akkor ér véget, ha a mozgás befejeződött, így tud a következő utasításra lépni. Hiba esetén az \acrshort{rtde} interfész lehetőséget ad arra, hogy közölje azzal aki az utasítást adta. Így egy utasítás hibájával (például érvénytelen mozgás, váratlan akadály vagy kézi megszakítás) a teljes \textit{program} végrehajtása megáll.
Minden egyes utasítás akkor ér véget, ha a mozgás befejeződött, így tud a következő utasításra lépni. Hiba esetén az \acrshort{rtde} interfész lehetőséget ad arra, hogy ezt közölje azzal, aki az utasítást adta. Így egy utasítás hibájával (például érvénytelen mozgás, váratlan akadály vagy kézi megszakítás) a teljes \textit{program} végrehajtása megáll.
\subsubsection{\textit{Wait Plugin}}
							
							
							
								
							
						
@@ -342,9 +342,9 @@ A fent vázolt \textit{plugin}ek mellett készítettem néhány egyszerűbbet is
A robotkarok vezérlésének lépései az általam tervezett formátumú \textit{programokban} vannak összegyűjtve. A \textit{Programok} felépítése és struktúrája egyszerű. Tervezés során figyelembe vettem, hogy mind ember által könnyen értelmezhető és szerkeszthető legyen, de könnyen feldolgozható is legyen szoftver által is. 
A \textit{program} leírása tartalmazza első sorban annak verzióját. Ez a későbbi kompatibilitási problémák megoldásának egyszerűsítésére lett bevezetve, jelenleg csak az \texttt{1}-es verzió létezik. Az a program, ahol ennek a mezőnek az értéke nem \texttt{1} az érvénytelen.
A \textit{program} leírása tartalmazza első sorban annak verzióját. Ez a későbbi kompatibilitási problémák megoldásának egyszerűsítésére lett bevezetve, jelenleg csak az \texttt{1}-es verzió létezik. Az a program, ahol ennek a mezőnek az értéke nem \texttt{1}, az érvénytelen.
A verzió mellett a leírás tartalmazza a program nevét, ennek nem kell egyedinek lennie csak diagnosztikai céllal létezik. Emellett a program létrehozásának időpontját és a betöltendő \textit{plugin}ek listáját.
A verzió mellett a leírás tartalmazza a program nevét, ennek nem kell egyedinek lennie, csak diagnosztikai céllal létezik, emellett a program létrehozásának időpontját és a betöltendő \textit{plugin}ek listáját is.
 
A \textit{program} leírása opcionálisan tartalmazhat egy \texttt{id} vagy \texttt{\_id} mezőt, ezzel megkönnyítve a program kezelését. A beolvasásnál ennek a mezőnek a jelenléte nem okoz hibát.