[論文レビュー] Don't Drone Yourself in Work: Discussing DronOS as a Framework for Human-Drone Interaction

Matthias Hoppe, Yannick Weiß+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2020

UAV Applications and Optimization被引用数 1

ひとこと要約

本論文では、HTC Viveトラッキングデバイスやラジオコントロールドローンといった市販部品を用いて、直感的でインタラクティブなドローン飛行経路プログラミングを可能にする、コミュニティ主導でモデルに依存しないフレームワーク「DronOS」を紹介する。3つのプログラミングモード（Unityスクリプティング、Viveスクリプティング、Viveリアルタイム）をサポートし、あらゆるスキルレベルのユーザーがリアルタイムで飛行経路を定義・変更可能であり、主な貢献は低コストな屋内トラッキング、モデル独立性、およびマルチドローン連携やセーフティゾーンへの拡張性である。

ABSTRACT

More and more off-the-shelf drones provide frameworks that enable the programming of flight paths. These frameworks provide vendor-dependent programming and communication interfaces that are intended for flight path definitions. However, they are often limited to outdoor and GPS-based use only. A key disadvantage of such a solution is that they are complicated to use and require readjustments when changing the drone model. This is time-consuming since it requires redefining the flight path for the new framework. This workshop paper proposes additional features for DronOS, a community-driven framework that enables model-independent automatisation and programming of drones. We enhanced DronOS to include additional functions to account for the specific design constraints in human-drone-interaction. This paper provides a starting point for discussing the requirements involved in designing a drone system with other researchers within the human-drone interaction community. We envision DronOS as a community-driven framework that can be applied to generic drone models, hence enabling the automatisation for any commercially available drone. Our goal is to build DronOS as a software tool that can be easily used by researchers and practitioners to prototype novel drone-based systems.

研究の動機と目的

• ドローン固有の専用フレームワークが、機体モデルを切り替える際に手動での再プログラミングを要するという制限を解消すること。
• 人間-ドローンインタラクション（HDI）研究において、高価なトラッキングシステムやカスタムドローンに依存することを減らすこと。
• 市販のハードウェアおよびソフトウェアを活用して、研究者や実務家がインタラクティブなドローンシステムを効率的にプロトタイピングできるようにすること。
• マルチドローン連携、セーフティゾーン、および代替トラッキング手法への対応を可能にする拡張性を持つ、コミュニティ主導のフレームワークを確立すること。
• 多様なインタラクションモダリティ（リアルタイムジェスチャー制御やスクリプティングなど）をサポートし、あらゆるスキルレベルのユーザーに包括的な体験を提供すること。

提案手法

• DronOSは、低コストで高精度な屋内3次元位置トラッキングを実現するため、HTC ViveのLighthouseトラッキングシステムを採用している。
• 飛行コマンドは、コンピュータからドローンコントローラーへ無線信号で送信され、その後ドローンが制御される。
• フレームワークは3つのプログラミングモードをサポートする：Unityスクリプティング（グラフィカルなウェイポイント編集）、Viveスクリプティング（ジェスチャーによるウェイポイント作成）、Viveリアルタイム（コントローラーの指差し方向に従ってドローンが追従）。
• 安定した飛行制御を実現するため、PIDコントローラープレゼットを統合しており、上級ユーザー向けには手動チューニングも可能である。
• システムはモデルに依存しない設計となっており、Betaflightファームウェアに対応するすべてのドローンと互換性がある。
• 今後の拡張として、マルチドローンオ케ストレーション、動的ノーフライゾーン、GPSおよびWiFiベースのトラッキング統合による屋外利用対応を計画している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 汎用的でモデルに依存しないフレームワークは、HDI研究におけるドローンプログラミングのアクセシビリティと再利用性をどのように向上させるか？
• RQ2 どのようなインタラクションモダリティが、多様なユーザーのスキルレベルに応じて効率的で直感的な飛行経路定義を可能にするか？
• RQ3 低コストな市販トラッキングシステムは、信頼性とスケーラビリティを備えた人間-ドローンインタラクションをどのように支えるか？
• RQ4 マルチドローンHDIシナリオにおける安全性と衝突回避を確保するために、どのようなシステムレベルの機能が必要か？
• RQ5 コミュニティ主導の開発は、ドローンインタラクションフレームワークの拡張性と採用をどのように促進するか？

主な発見

• DronOSは、HTC Viveトラッキングデバイスや一般ドローンといった市販部品を用いて、インタラクティブでリアルタイムのドローン飛行経路プログラミングを成功裏に実現した。
• フレームワークは、Unityスクリプティング、Viveスクリプティング、Viveリアルタイムの3つの異なるプログラミングモードをサポートしており、それぞれ異なるユーザーのスキルレベルやユースケースに最適化されている。
• 予備のユーザースタディーの結果、システムの直感的なインターフェースと低い習得曲線に対する高い使いやすさとユーザー満足度が示された。
• フレームワークは、Betaflightファームウェアを搭載するすべてのドローンと互換性があり、商業用ドローンモデルの間でモデルに依存しない展開が可能である。
• DronOSは静的および動的ノーフライゾーンの定義をサポートしており、人間-ドローンインタラクション中の安全性が向上している。
• プロジェクトはGitHubで積極的にメンテナンスされており、今後はマルチドローン連携や代替トラッキングモダリティへのコミュニティ主導の拡張が計画されている。