[논문 리뷰] ROS Based Visual Programming Tool for Mobile Robot Education and Applications

Mustafa Karaca, Uğur Yayan|arXiv (Cornell University)|2020. 11. 27.

Robotics and Automated Systems인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 모바일 로봇 교육 및 응용을 위한 ROS 호환 웹 기반 시각적 프로그래밍 도구를 제시하며, 블록 기반 프로그래밍을 통해 초보자들이 직관적이고 문법 오류가 없는 프로그래밍을 가능하게 한다. rosbridge와 roslibjs를 활용하여 웹 클라이언트와 ROS 기반 eV로봇 간 실시간 통신을 구현함으로써, 원격 조작, SLAM, 산만 주행 등의 작업을 저비용으로 구현하였다.

ABSTRACT

Visual programming languages (VPLs) provide coding without typing texts. VPL makes coding easy to programmers with automatically adding usually used some code structure. Beginners in coding have generally two main challenges; transforming ideas into logical expressions and syntax errors. Syntax errors are impossible with VPLs because of there is no forgotten parentheses and semicolons. VPLs provide to focus on algorithm for programmers. VPL is a new trend for educational robotic environments. In this study, Robot Operating System (ROS) compatible web based visual programming system has been developed for evarobot. ROS provides libraries and tools to help software developers create robot applications. It provides hardware abstraction, device drivers, libraries, visualizers, message-passing, package management, and more. Blockly has been used as VPL for the study and to generate / use blocks (commucation, sensing etc.). Some applications were generated like teleoperation, SLAM and wander etc. In this system, communication between server and client is supported by rosbridge package. Web page connected to ROS which runs on server using roslibjs library. Rosbridge provides a JSON API to ROS functionality for non-ROS programs.

연구 동기 및 목표

• 로봇 프로그래밍에서 초보자가 겪는 어려움, 특히 문법 오류와 논리적 구성의 어려움을 해결하기 위해.
• 교육용 모바일 로봇 응용을 위한 ROS와 호환되는 웹 기반 시각적 프로그래밍 환경을 개발하기 위해.
• 블록 기반 프로그래밍을 통해 코드를 작성하지 않아도 직관적인 로봇 제어 및 알고리즘 개발이 가능하도록 하기 위해.
• rosbridge와 roslibjs를 사용해 JSON 기반 API를 통해 ROS 功能을 통합하여 클라이언트-서버 간 원활한 통신을 구현하기 위해.
• 원격 조작, SLAM, 자율 주행과 같은 실용적 응용 사례를 시각적 프로그래밍 인터페이스를 통해 구현하기 위해.

제안 방법

• 시스템은 로봇 제어 및 센서 기능을 위한 코드 블록을 생성하고 관리하기 위해 Blockly를 시각적 프로그래밍 인터페이스로 사용한다.
• 로봇 프레임워크로 ROS를 사용하여 하드웨어 추상화, 장치 드라이버, 메시지 전달 기능을 제공한다.
• 웹 클라이언트와 ROS 간의 통신은 ROS 기능을 JSON API로 노출하는 rosbridge 패키지를 통해 구현된다.
• 웹 클라이언트는 roslibjs를 사용해 ROS에 인터페이스를 연결하여, 로컬에 ROS를 설치하지 않고도 실시간 제어 및 데이터 교환을 가능하게 한다.
• 원격 조작, SLAM, 주행 행동과 같은 응용 프로그램은 저수준 코드를 추상화한 블록 기반 논리로 구현된다.
• 시스템은 ROS를 실행하는 서버에 배포되었으며, 표준 브라우저를 통해 웹 인터페이스에 접근할 수 있다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 웹 기반 시각적 프로그래밍 환경은 모바일 로봇 프로그래밍에서 초보자들이 겪는 문법 오류를 줄이고 접근성을 향상시킬 수 있는가?
• RQ2 Blockly와 같은 블록 기반 인터페이스가 ROS와 통합되어 복잡한 로봇 작업을 지원할 수 있는가?
• RQ3 rosbridge와 roslibjs를 사용하면 비-ROS 웹 클라이언트와 ROS 시스템 간에 실시간으로 신뢰성 있게 통신을 구현할 수 있는가?
• RQ4 시각적 프로그래밍 도구는 SLAM 및 자율 주행과 같은 고급 로봇 응용을 효과적으로 지원할 수 있는가?
• RQ5 시각적 프로그래밍과 ROS의 통합은 로봇 교육에서 학습 곡선과 개발 시간에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 시각적 프로그래밍 도구는 설계상 문법 오류를 완전히 제거하여 사용자가 코드의 구조보다 알고리즘적 논리에 집중할 수 있도록 했다.
• rosbridge와 roslibjs를 통한 Blockly와 ROS의 통합은 웹 클라이언트와 로봇 시스템 간 실시간 양방향 통신을 가능하게 하였다.
• 시스템은 블록 기반 프로그래밍만으로도 원격 조작, SLAM, 자율 주행과 같은 핵심 로봇 응용 프로그램을 성공적으로 기능적으로 실행하였다.
• 웹 기반 아키텍처 덕분에 클라이언트 기기에서 로컬 ROS 설치 없이도 eV로봇에 원격으로 접근하고 제어할 수 있었다.
• 도구는 개념적 아이디어에서 실행 가능한 로봇 행동으로의 전환을 단순화하여 교육 현장에서 효과적으로 기능하였다.
• 시각적 환경 내에서 표준 ROS 라이브러리와 도구를 사용함으로써 기존 ROS 생태계 및 워크플로우와의 호환성이 유지되었다.