UTS_RobotikaSymforce

Dokumentasi Symforce

Muhammad Syaiful Rahman_1103192198

SymForce merupakan komputasi simbolik cepat dan pustaka pembuatan kode untuk aplikasi robotika seperti visi komputer, estimasi keadaan, perencanaan gerak, dan kontrol. Ini menggabungkan kecepatan pengembangan dan fleksibilitas matematika simbolik dengan kinerja kode yang dibuat secara otomatis dan sangat dioptimalkan dalam C++ atau bahasa runtime target apa pun.

SymForce berisi tiga sistem yang berguna secara independen:

Symbolic Toolkit - dibangun di atas SymPy API untuk menyediakan tipe geometris dan kamera yang ketat, kalkulus grup kebohongan, penanganan singularitas, dan alat untuk memodelkan masalah kompleks
Pembuat Kode (Code Generator) - mengubah ekspresi simbolik menjadi kode tanpa cabang yang sangat cepat dengan API bersih dan ketergantungan minimal, dengan sistem templat untuk menargetkan bahasa apa pun
Pustaka Pengoptimalan (Optimization Library) - pustaka pengoptimalan ruang tangen cepat berdasarkan grafik faktor, dengan implementasi yang sangat optimal untuk aplikasi robotika waktu nyata

SymForce secara otomatis menghitung ruang singgung Jacobians, menghilangkan kebutuhan akan turunan tulisan tangan yang rawan bug. Fungsi yang dihasilkan dapat langsung digunakan sebagai faktor dalam pengoptimal nonlinier kami. Alur kerja ini memungkinkan fungsi runtime lebih cepat, waktu pengembangan lebih cepat, dan lebih sedikit baris kode tulisan tangan dibandingkan metode alternatif.

SymForce dikembangkan dan dikelola oleh Skydio. Ini digunakan dalam produksi untuk mempercepat tugas-tugas seperti SLAM, penyesuaian bundel, kalibrasi, dan MPC nonlinier jarang untuk robot otonom dalam skala besar.

Contoh dari implementasi symforce adalah:

Computer Vision
State Estimation
Motion Planning
Robot Controls

FITUR :

Implementasi simbolik geometri dan tipe kamera dengan operasi grup Lie
Pembuatan kode dari kode runtime asli yang cepat dari ekspresi simbolik, mengurangi duplikasi dan meminimalkan bug
Alat baru untuk menghitung jacobian ruang singgung yang cepat dan benar untuk ekspresi apa pun, menghindari semua turunan tulisan tangan
Strategi untuk meratakan komputasi dan memanfaatkan sparsity yang dapat menghasilkan 10x percepatan dibandingkan autodiff standar
Pustaka pengoptimalan ruang tangen cepat di C++ dan Python berdasarkan grafik faktor
Prototyping cepat dan analisis masalah kompleks dengan matematika simbolik, dengan alur kerja mulus ke penggunaan produksi
Pembuatan kode Eigen yang di-embedded-friendly dengan C++ dengan alokasi memori dinamis nol
Kode yang sangat berkinerja, modular, teruji, dan dapat diperluas

Spesifikasi Hardware & Software yang terinstall

Untuk menjalankan simulasi symforce secara optimal bertikut rekomendasi spesifikasi perangkat yang disarankan:

CPU 4 core
RAM 8 GB
Mem 50 GB

atau bisa juga menggunakan alternatif lain seperti github codespace

Berikut beberapa software yang menjadi rekomendasi penulis:

Ubuntu 20.04 OS
Python 3.8+
Jupyter notebook
Visual studio code editor

Studi Kasus

Contoh Studi Kasus dalam hal ini ialah Robot bergerak melalui bidang 2D dan memiliki goal untuk memperkirakan pose pada beberapa langkah kedepan dengan sebuah pengukuran kebisingan (noisy measurements).

Pengukuran yang harus dilakukan oleh Robot :

Jarak yang ditempuh dengan menggunakan sensor odometri
Sudut relatif menuju landmark.

Berdasarkan kasus di atas, maka robot memiiki sudut dengan tujuan yang berlawanan arah jarum jam dari sumbu x. Oleh karena itu, pengukuran sudut relatif ditentukan dari arah robot akan maju. Berikut adalah gambar berdasarkan kasus robot yang kita miliki :

Contoh Studi kasus

Kali ini studi kasus yang dilakukan adalah robot akan bergerak pada bidang 2 dimensi untuk memperkirakan pose dari langkah selanjutnya menggunakan pengukuran kebisingan. Robot akan mengukur sudut relatif landmark dan jarak tempuh dengan sensor odometri.

Menurut studi kasus di atas tahapan yang akan dilakukan adalah:

Import librari symforce

import symforce.symbolic as sf

Membuat simbolik pose 2 dimensi dan lokasi landmark, menggunakan method symbolic pada library symforce

pose = sf.Pose2(
    t=sf.V2.symbolic("t"),
    R=sf.Rot2.symbolic("R")
)
landmark = sf.V2.symbolic("L")

Transformasi landmark kedalam frame lokal robot

landmark_body = pose.inverse() * landmark

Inisialisasi metode jacobian dari landmark body-frame dengan pendekatan tangent-space dari pose 2

landmark_body.jacobian(pose)

Melakukan perhitungan sudut relatif bearing

sf.atan2(landmark_body[1], landmark_body[0])

Menambahkan fungsi epsilon

sf.V3.symbolic("x").norm(epsilon=sf.epsilon())

agusjanardana / UTS_RobotikaSymforce