[論文レビュー] Towards Robot-independent Manipulation Behavior Description

Malte Wirkus|arXiv (Cornell University)|Dec 10, 2014

Robot Manipulation and Learning参考文献 8被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、Rockソフトウェアフレームワーク内に埋め込まれたドメイン固有言語（eDSL）を用いて、操作行動の記述および制御を行うロボットに依存しないフレームワークを提示する。抽象的制御ネットワークと参照フレームの抽象化を通じて、タスクレベルの運動計画をロボットの形状から分離することで、多様なロボットシステム間で行動記述を再利用可能にし、初期の結果として、段階的な操作タスクに適したモジュラーで階層的な制御ネットワークの構築に成功した。

ABSTRACT

In this paper we present a workflow to design and control robot manipulation behavior. To remain independent from particular robot hardware and an explicit area of application, an embedded domain specific language (eDSL) is used to describe the particular robot and a controller network that drives the robot. We make use of a) a component-based software framework, b) model-based algorithms for motion- and sensor processing representations, c) an abstract model of the control system, and d) a plan management software, to describe a sequence of software component networks that generate the desired robot behavior. As first results, we present an eDSL for the description of a robotic system composed of mechatronic subsystems, and for the creation of a multi-stage control network.

研究の動機と目的

• ハードウェアの形状に依存しない、ロボットに依存しない操作行動の記述を可能にすること。
• タスクレベルの運動計画をロボットの運動学的特性およびセンサデータ処理から分離すること。
• コンポーネント指向のソフトウェアと抽象的制御モデルを用いて、再利用可能で合成可能な制御システムを開発すること。
• 統一された制御ネットワークの抽象化を通じて、異なるロボットプラットフォーム間での行動の合成と移行を支援すること。
• ドメイン固有言語を介して、センサ処理、運動計画、低レベル制御の統合を効率的に行えるようにすること。

提案手法

• Rockフレームワークに基づくコンポーネント指向のソフトウェアアーキテクチャを用いて、ロボット制御コンポーネントをモジュラー化する。
• 制御ネットワークおよび階層的制御構造を定義するための埋め込み型ドメイン固有言語（eDSL）を導入する。
• 運動計画は、ロボットの運動学的特性に依存しないパラメトリック関数（例：DMP、ウェイポイントナビゲーション）として抽象化する。
• センサデータは、生の入力をセンサ固有のフレームにおけるカーテシアン座標空間の参照に変換するパイプラインを通じて処理する。
• 重複する制御命令の衝突を解消するため、優先度ベースのキャスケード制御アーキテクチャにより制御信号を管理する。
• センサ、タスク、ロボット、関節の参照フレーム間の変換は、標準化された幾何的記述規約によって処理する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのようにして操作行動をロボットの形状やハードウェアに依存せずに記述できるか？
• RQ2 どのような抽象化メカニズムが、異なるロボットプラットフォーム間で行動記述の再利用を可能にするか？
• RQ3 センサ処理、運動計画、低レベル制御を、統一的で合成可能な制御ネットワークに統合するにはどうすればよいか？
• RQ4 ドメイン固有言語は、複雑な段階的制御システムの指定を簡素化するために果たす役割は何か？
• RQ5 階層的制御アーキテクチャにおいて、複数のサブシステムからの重複する制御信号をどのように解消するか？

主な発見

• 段階的な操作タスクのための多段階制御ネットワークを定義するため、埋め込み型ドメイン固有言語（eDSL）が成功裏に実装された。
• フレームワークにより、高レベルの運動計画がロボット固有の運動学的特性から分離された階層的制御システムの構築が可能になった。
• キャスケード制御アーキテクチャにより、制御信号のモジュラーな合成が可能となり、コントローラ間の優先度ベースの衝突解消が実現された。
• 関節レベルの制御を上位の機能的単位（例：'cart_arm_plus_wrist'、'head'、'finger'）に抽象化する仮想制御インターフェースをサポートする。
• eDSLは拡張可能であり、Syskitのコンpositionsおよびデータフローインターフェースを用いて、複雑なコンポーネントネットワークの統合が可能である。
• 制御論理を物理的形状から抽象化することで、本アプローチは、異なるロボット間での行動記述の移行可能性を示した。