[論文レビュー] Towards Live Programming in ROS with PhaROS and LRP

Pablo Estefó, Miguel Campusano+4 more|arXiv (Cornell University)|Dec 15, 2014

Robotics and Automated Systems参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、LRP言語とPhaROSを用いたROSロボット向けライブプログラミングアプローチを提案しており、リアルタイムでのコード変更、動的ノード管理、実行時パラメータおよび接続の更新を可能にしている。この解決策はROSにおけるライブプログラミングの4つの主要要件を満たし、反復的なコードチューニングを通じてPharoベースの環境でロボット開発中に即時の行動フィードバックを実現している。

ABSTRACT

In traditional robot behavior programming, the edit-compile-simulate-deploy-run cycle creates a large mental disconnect between program creation and eventual robot behavior. This significantly slows down behavior development because there is no immediate mental connection between the program and the resulting behavior. With live programming the development cycle is made extremely tight, realizing such an immediate connection. In our work on programming of ROS robots in a more dynamic fashion through PhaROS, we have experimented with the use of the Live Robot Programming language. This has given rise to a number of requirements for such live programming of robots. In this text we introduce these requirements and illustrate them using an example robot behavior.

研究の動機と目的

• 従来のROS開発における静的編集-コンパイル-シミュレーション-デプロイ-実行サイクルが引き起こす認知的ギャップを是正すること。
• ROSにおけるライブプログラミングを通じて、コード編集とロボット行動の間で即時のフィードバックを実現すること。
• ライブプログラミングにおけるコア要件を特定・満たすこと、特に実行時ノード制御および動的構成を含むこと。
• LRPおよびPhaROSを用いたライブプログラミングの統合の実現可能性と有効性を、実際のロボットアプリケーションで評価すること。
• ROSにおけるライブプログラミングが、ロボット行動開発における開発効率を向上させ、メンタルオーバーヘッドを低減することを実証すること。

提案手法

• Pharo動的言語用のROSクライアントであるPhaROSを活用し、ROSノードを実行時ライフサイクル制御が可能な一等対象として表現した。
• ネストされたステートマシンを用い、ライブコード更新をサポートするライブロボットプログラミング（LRP）ドメイン固有言語を統合した。
• Pharoの動的環境を活用してホットコードスワップを実現し、実行を停止せずにコード変更を可能にした。
• アクセス可能なノードフィールドを介して実行時パラメータ変更を実装し、実行中に動的構成を可能にした。
• 実行時におけるROS接続の作成により、動的トピック購読および公開を可能にした。これにより、アプリケーション再起動なしにノード接続の再構成が可能になった。
• ロボット固有のハードウェアインタラクションを抽象化するため、RobulabBridge APIを活用し、LRPコード開発を簡素化した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ROSエコシステムに、従来静的構成を強調するが、ライブプログラミングを効果的に統合する方法は何か？
• RQ2 ROSにおけるロボット行動のライブプログラミングを支えるために満たすべきコア要件は何か？
• RQ3 動的言語環境を用いたROSにおいて、実行時ノード管理、パラメータ更新、コード交換、接続変更がどの程度達成可能か？
• RQ4 LRPとPhaROSの組み合わせは、従来のROS開発と比較して、ロボット行動開発ワークフローにどのように改善をもたらすか？
• RQ5 ROSにおけるライブコード統合を通じて、ロボットプログラミング中にリアルタイムの行動フィードバックを達成できるか？

主な発見

• 提案されたLRP+PhaROSソリューションは、ROSにおけるライブプログラミングの4つの主要要件をすべて満たしている：動的ノード起動/停止、実行時パラメータ変更、ホットコードスワップ、動的接続更新。
• PhaROSノードは複数回再起動可能であり、トピックに再接続され、自動的に通信を再開するため、要件1を満たしている。
• PhaROSのノードパラメータはフィールドとしてアクセス可能であり、Smalltalkコードやコマンドライン引数を介して実行時変更が可能で、要件2を満たしている。
• システムを実行したままコードを変更することで、障害物回避行動が反復的にリアルタイムで最適化された。これは効果的なホットコードスワップ（要件3）を示している。
• トピック購読および公開が実行時に動的に管理され、アプリケーション再起動なしにノード接続の変更が可能になった。これにより要件4が満たされた。
• LRPとPhaROSの統合により、即時の行動フィードバックを伴うシームレスでインタラクティブな開発体験が実現され、コードと実行の間の認知的ギャップが顕著に低減された。