[論文レビュー] Towards a graphical language for quadrotor missions

Benjamin D. Schwartz, Ludwig Nägele+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 5, 2014

Robotic Path Planning Algorithms参考文献 3被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、複雑なワークフロー、条件分岐、並列実行をサポートするドメイン固有のグラフィカル言語を提案し、非専門家が直感的にミッションを設計できるようにする。プロトタイプはEclipse Modeling Projectを用いて構築され、拡張可能でパラメータ化可能なアクションをサポートしており、コード生成を介して高レベルのミッションモデルを自動的に実行可能コードに変換できることを示している。

ABSTRACT

This paper presents an approach for defining Unmanned Aerial Vehicle (UAV) missions on a high level. Current methods for UAV mission specification are evaluated and their deficiencies are analyzed. From these findings, a new graphical specification language for UAV missions is proposed, which is targeted towards typical UAV users from various domains rather than computer science experts. The research is ongoing, but a first prototype is presented.

研究の動機と目的

• 農業、考古学、インfraストラクチャー監視などの分野における非プログラマー向けのUAVユーザーのための直感的で高水準のミッション指定ツールの不足に対処すること。
• 既存ツールの制限を克服すること。これらのツールはしばしば独自仕様であり、複雑なワークフローをサポートしない、またはプログラミングの専門知識を要する。
• 条件分岐、並列実行、ユーザー定義アクションをサポートする、柔軟で拡張可能でプラットフォームに依存しないグラフィカル言語を設計すること。
• 静的および動的ミッション動作をサポートする、視覚的でモデルベースのアプローチによりミッションを指定すること。
• 高水準のグラフィカルミッションモデルを実行可能コードに変換するプロトタイプを構築し、シミュレーションおよび実世界での展開を想定して評価すること。

提案手法

• 著者らは、Eclipse Modeling Project (EMP) を用いて定義されたメタモデルを基に、GMFフレームワークを介して自動的にグラフィカルエディタを生成できるドメイン固有言語 (DSL) を開発した。
• 言語は順次的、条件分岐的、並列的なミッションコンponentsをサポートしており、特に条件分岐が並列ブロックを終了するのは真の場合に限られ、これは破線で示される。
• 開発者が新しいアクションを継承して実装できるスーパークラス 'GenericAction' を導入することで、拡張性を実現しており、例えば解像度や品質設定をもつ 'TakePicture' のようなパラメータ化可能なアクションを容易に統合できる。
• プロトタイプはXtendテンプレートを用いたコード生成により、Morseシミュレータで実行可能なPythonコードを生成しており、将来的な翻訳テンプレートにより実機の四脚クアッドコプター・プラットフォームと互換性を持つことが保証される。
• システムはアクションおよび条件分岐間で型の一貫性を保証しており、エディタ内のプロパティビューを通じて動的設定も可能である。
• このアプローチにより、新しいアクションを追加する際の再コンパイルを必要とせず、1つの開発環境でミッションの定義、設定、実行が可能になる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非専門家ユーザーが使用可能なように、複雑なUAVミッションワークフロー（条件分岐、並列実行を含む）をサポートするグラフィカルドメイン固有言語をどのように設計できるか？
• RQ2 コアメタモデルを変更せずに、ユーザー定義アクションをサポートするためのメカニズムは何か？
• RQ3 UAVミッションの視覚的プログラミング環境において、型安全性とパラメータ化をどのように強制できるか？
• RQ4 コード生成を用いたモデルベースのアプローチにより、高水準のグラフィカルミッション仕様から実行可能で実世界と互換性のあるコードをどの程度生成できるか？
• RQ5 本稿で提案する言語は、既存の独自仕様またはコードベースのミッションプランニングツールと比較して、使いやすさと表現力においてどの程度優れているか？

主な発見

• プロトタイプは、条件分岐や並列タスクを含む複雑なUAVミッションモデルが視覚的にモデル化され、コード生成を介して自動的に実行可能コードに変換できることを成功裏に示している。
• スーパークラス 'GenericAction' の使用により、メタモデルの再コンパイルなしに新しいパラメータ化可能なアクションがグラフィカルエディタにシームレスに統合可能となり、拡張性が向上した。
• 並列ブロックに続く条件分岐の特別な意味論（真の場合にのみ並列ブロックを終了）により、クリーンなフローマネジメントが実現され、破線で視覚的に示されている。
• Xtendテンプレートを用いたMorseシミュレータ向けPythonコード生成の実装により、高水準のグラフィカルモデルから実行可能形式への変換の実現可能性が確認された。
• このアプローチはアクションおよび条件分岐間で型の一貫性を保証しており、ミッション実行時のランタイムエラーを低減し、信頼性を向上させた。
• ユーザースタディを計画しており、グラフィカルエディタの使いやすさを評価し、ウェイポイントの可視化に仮想地図を統合するなどの改善点を同定する。