[論文レビュー] Work in Progress: Enabling robot device discovery through robot device descriptions

Monica Anderson, Chris Crawford+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 25, 2013

Modular Robots and Swarm Intelligence参考文献 5被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、ロボットデバイスのインターフェース、通信プロトコル、ROS や HTML5 における WebSocket を通じたフレームワークへのマッピングを記述することにより、自動的デバイス発見および統合を可能にするドメイン固有言語である Robot Device Interface Specification (RDIS) を提案する。主な貢献は、ドライバ生成を自動化し、異種ロボティクスプラットフォームに跨る動的リソース発見を可能にする宣言的でファームウェareに埋め込まれたデバイス記述である。

ABSTRACT

There is no dearth of new robots that provide both generalized and customized platforms for learning and research. Unfortunately as we attempt to adapt existing software components, we are faced with an explosion of device drivers that interface each hardware platform with existing frameworks. We certainly gain the efficiencies of reusing algorithms and tools developed across platforms but only once the device driver is created. We propose a domain specific language that describes the development and runtime interface of a robot and defines its link to existing frameworks. The Robot Device Interface Specification (RDIS) takes advantage of the internal firmware present on many existing devices by defining the communication mechanism, syntax and semantics in such a way to enable the generation of automatic interface links and resource discovery. We present the current domain model as it relates to differential drive robots as a mechanism to use the RDIS to link described robots to HTML5 via web sockets and ROS (Robot Operating System).

研究の動機と目的

• ロボティクス研究における、各ロボットフレームワークの組み合わせ毎にカスタムデバイスドライバを実装する負担の増大に対処すること。
• 標準化されたデバイス記述からインターフェースコードを自動生成することで、開発者の負荷を軽減すること。
• 複数のロボティクスフレームワークに跨る動的デバイス発見およびランタイムリソース管理を支援すること。
• 抽象的インターフェース抽象化を用いて、デバイスの意味論をフレームワーク固有の実装から分離すること。
• ロボットメーカーがファームウェareに直接デバイス記述を埋め込み、RDIS 対応開発環境とシームレスに統合できるようにすること。

提案手法

• RDIS は、JSON および ANTLR ベースの文法を用いて、ロボット接続、プリミティブ、インターフェースを形式的に記述する。
• RDIS 構文から得られる抽象構文木 (AST) を基に、StringTemplate および ANTLR を用いてターゲットコードを生成する。
• ROS ドライバ、コマンドラインコントローラ、WebSocket サーバーなどのフレームワーク固有の出力を生成する。
• 抽象的インターフェース（例：'position2d'）はテンプレートベースのコード生成により、標準メッセージ型（例：ROS Twist）にマッピングされる。
• 本アプローチは、複数のスレーディングモデルおよび通信プロトコルをサポートしており、CSV などのカスタムメッセージフォーマットにも対応している。
• デバイス発見は、RDIS をファームウェareに埋め込むことで実現され、開発環境がデバイスが対応するサービスを照会できるようになる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 宣言的でドメイン固有の言語は、ロボティクスフレームワークに跨るカスタムデバイスドライバの必要性をどれだけ低減できるか？
• RQ2 ロボットデバイス記述をどのように構造化すれば、フレームワーク固有のドライバを自動生成できるか？
• RQ3 標準化されたインターフェース記述を埋め込むことで、どの程度デバイス発見を自動化できるか？
• RQ4 デバイスプリミティブと高レベルのフレームワーク抽象化との間のマッピングを、どのように表現・強制できるか？
• RQ5 異種ロボティクスプラットフォーム向けにスケーラブルで拡張可能なデバイス記述モデルの主要構成要素は何か？

主な発見

• RDIS プロトタイプは、単一の RDIS 構文から、差動駆動ロボット用に ROS ドライバ、コマンドラインコントローラ、WebSocket サーバーを正常に生成した。
• ANTLR および StringTemplate の使用により、ドメイン固有の文法からの信頼性の高いパースおよびコード生成が可能になった。
• 抽象マッピングレイヤーのおかげで、テンプレートベースの出力生成により、1つのデバイス記述が複数のフレームワークをサポートできた。
• 本アプローチは、手書きのフレームワーク固有コードの必要性を減らすという点で、自動ドライバ作成の実現可能性を示した。
• デバイスが1つのファームウェアコマンドで RDIS 記述を公開できる仕組みにより、動的発見が可能になった。
• 本モデルは拡張性を備えており、今後の改善としてキネマティックモデリング、エラーハンドリング、およびスレーディング抽象化の向上が計画されている。