[論文レビュー] Towards A Domain-specific Language For Pick-And-Place Applications

Thomas Buchmann, Johannes Baumgartl+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 7, 2014

Advanced Software Engineering Methodologies参考文献 8被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、ピックアンドプレースロボットアプリケーションのプログラミングを簡素化するドメイン固有言語（DSL）を提示している。非専門家が高水準で宣言的な仕様によってロボットソフトウェアを開発できるようにする。DSLはソフトウェア製品線アプローチを用いて、実機ロボットおよびシミュレータの両方を対象とするカスタマイズ可能なC++コードを生成する。

ABSTRACT

Programming robots is a complicated and time-consuming task. A robot is essentially a real-time, distributed embedded system. Often, control and communication paths within the system are tightly coupled to the actual physical configuration of the robot. Thus, programming a robot is a very challenging task for domain experts who do not have a dedicated background in robotics. In this paper we present an approach towards a domain specific language, which is intended to reduce the efforts and the complexity which is required when developing robotic applications. Furthermore we apply a software product line approach to realize a configurable code generator which produces C++ code which can either be run on real robots or on a robot simulator.

研究の動機と目的

• 低レベルのコードを超える抽象化レベルを提供することで、非専門家のロボットプログラミングの複雑さを軽減すること。
• 現在、ロボットのハードウェア設定と制御論理の密結合が、ロボティクスの専門家以外のアクセスを制限している問題に対処すること。
• ソフトウェア製品線アプローチを用いて、ロボットソフトウェアの再利用性とカスタマイズ性を向上させること。
• 低レベルの計画および制御の複雑さを隠蔽する、宣言的で人間が読みやすいDSLを提供すること。
• 単一のカスタマイズ可能なコードジェネレータを通じて、実機ロボットのデプロイとシミュレーションの両方をサポートすること。

提案手法

• Xtextフレームワークを用いて、ロボット、センサー、物体、および『ピック』や『プレース』のようなアクションを定義するテキスト型で宣言的なドメイン固有言語（DSL）を設計する。
• ロボットハードウェアおよび設定の可変性を表現するための機能モデルを実装し、製品線工学を可能にする。
• DSLモデルを実行可能なC++コードに変換するコードジェネレータを用いる。このコードは、実機ロボットまたはシミュレータをターゲットとする。
• パスプランニング、グリッププランニング、センサー認識などの低レベルタスクを処理するC++フレームワークとDSLを統合する。
• コンテキストに依存する文法およびEcoreベースのモデル表現を用いて、パース、検証、コード生成をサポートする。
• モデル管理およびツールチェーン統合のため、Eclipse Modeling ProjectおよびPapyrusを活用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ドメイン固有言語が、非専門家によるピックアンドプレースロボットアプリケーションのプログラミングの作業量と複雑さを顕著に低減できるか？
• RQ2 多様なロボットハードウェア設定を対象としつつ、正しさと再利用性を維持するカスタマイズ可能なコードジェネレータをどのように設計できるか？
• RQ3 DSLにおける高水準な抽象化は、ロボットシステムにおけるアプリケーション論理と低レベルのハードウェア依存関係をどの程度分離できるか？
• RQ4 ソフトウェア製品線フレームワーク内において、ロボットハードウェアおよびセンサー設定の可変性を体系的にモデル化・管理できるか？
• RQ5 DSLベースのアプローチは、最小限の設定変更で、実機ロボットのデプロイとシミュレーションの両方をサポートできるか？

主な発見

• 提案されたDSLは、ロボティクスの訓練を受けていない分野の専門家が、高水準で宣言的な構文を用いてピックアンドプレースタスクを指定可能であることを示した。
• ソフトウェア製品線アプローチにより、共通の機能モデルを介して、特定のロボットハードウェア設定に適合したC++コードの生成が可能となった。
• コードジェネレータは、実機ロボットまたはシミュレーテッド環境にデプロイ可能な実行可能なC++コードを正常に生成した。
• Xtextの使用により、堅牢なパース、検証、モデル表現が可能となり、拡張性およびツール統合を支援した。
• パスプランニングやグリッププランニングといった複雑なサブタスクが、下位のC++フレームワークに抽象化されたため、ユーザーの認知的負荷が軽減された。
• DSLおよびコードジェネレータは、ケーススタディを通じて検証され、さまざまなロボット設定において実現可能性とカスタマイズ性が示された。