[논문 리뷰] Towards Remote Robotic Competitions: An Internet-Connected Task Board and Dashboard

Peter T. C. So, Jonas Wittmann외 3명|arXiv (Cornell University)|2022. 01. 24.

IoT and Edge/Fog Computing인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 글로벌 사이트에서 원격으로 로봇 경쟁을 가능하게 하고, 자동화된 실시간 성능 추적을 제공하는 인터넷 오브 테이츠(IoT) 기반 작업 보드와 웹 대시보드를 제시한다. 시스템은 임베디드 센서와 마이크로컨트롤러를 사용하여 물체의 위치 특정, 삽입, 분해 작업과 같은 조작 작업을 객관적으로 평가하며, 국제적인 로보스톤 그랜드 챌린지에서 인간 전문가 수준의 성과를 달성함으로써 타당성을 입증한다. 모든 설계 및 코드는 오픈소스로 제공되어 투명성을 확보한다.

ABSTRACT

In this work we present a platform to assess robot platform skills using an internet-of-things (IoT) task board device to aggregate performances across remote sites. We demonstrate a concept for a modular, scale-able device and web dashboard enabling remote competitions as an alternative to in-person robot competitions. We share data from nine robot platforms located across four continents in three manipulation task categories of object localization, object insertion, and component disassembly through an organized international robot competition - the Robothon Grand Challenge. This paper discusses the design of an electronic task board, the strategies implemented by the top-performing teams and compares their results with a benchmark solution to the presented task board. Through this platform, we demonstrate fully remote, online competitions can generate innovative robotic solutions and tested a tool for measuring remote performances. Using the open-sourced task board code and design files, the reader can reproduce the benchmark solution or configure the platform for their own use case and share their results transparently without transporting their robot platform.

연구 동기 및 목표

• 대면 로봇 경쟁에서 발생하는 물류 및 접근성 장벽을 해결하기 위해, 특히 팬데믹으로 인한 해외 이동 제한 상황에서의 대안을 모색한다.
• 다양한 원격 사이트에서 로봇 조작 능력을 표준화되고 객관적이며 투명한 평가 플랫폼으로 측정할 수 있도록 한다.
• 물리적 로봇을 중앙 행사장으로 운반할 필요 없이 이성적이고 지속적인 성능 평가를 가능하게 한다.
• 아홉 대의 로봇 플랫폼이 네 개 대륙에서 참가한 국제 경기인 로보스톤 그랜드 챌린지로 플랫폼을 검증한다.
• 재현 가능하고 커뮤니티가 확장할 수 있도록 오픈소스 벤치마크 솔루션과 인프라를 제공한다.

제안 방법

• 5초 이내의 발행 지연을 보장하는 임베디드 전기 회로와 마이크로컨트롤러를 내장한 IoT 기반 물리적 작업 보드로, 작업 완료를 감지하고 실행 시간을 기록한다.
• 점차 복잡도가 증가하는 다섯 가지 작업 통합: 버튼 누르기, 키 스위치 조작, 이더넷 포트 삽입, 배터리 제거, 배터리 재활용 — 실제 전자 폐기물 처리를 시뮬레이션한다.
• 웹 대시보드를 통해 실시간 성능 데이터를 시각화하고, 모든 원격 사이트의 이력 결과에 대한 공개 접근을 가능하게 한다.
• PCMC(비례-적분-미분 제어에 힘 피드백을 통합한 제어 방식)를 사용한 시각 기반, 힘 감지 로봇 벤치마크 솔루션을 구현하여 정밀한 조작을 구현한다.
• 1kHz로 샘플링된 힘 임계치와 위치 추적 기반의 표준화된 성공 지표를 도입하고, 노이즈 감소를 위해 스무딩 처리를 수행한다.
• 기준 힘(Fref)과 목표 위치(zdes)를 기반으로 상태 기반 기반의 작업 성공 여부를 검증하고, MQTT를 통해 웹 대시보드로 결과를 발행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 원격으로 인터넷에 연결된 작업 보드가 지리적으로 분산된 플랫폼에서 로봇 조작 능력에 대해 객관적이고 실시간으로 평가할 수 있는가?
• RQ2 다양한 기관 및 하드웨어 구성에서 온 로봇 플랫폼이 표준화된, 현실 세계와 관련성이 있는 조작 작업에서 성능을 어떻게 비교할 수 있는가?
• RQ3 벤치마크 로봇 솔루션은 얼마나 높은 수준의 인간 전문가 수준의 성능을 달성할 수 있는가? 특히 분해 및 삽입 작업에서의 성능에 대해 설명한다.
• RQ4 오픈소스이자 저비용인 IoT 기반 작업 보드 플랫폼이 스케일업 가능하고 반복 가능하며 투명한 국제적 로봇 경쟁을 가능하게 할 수 있는가?
• RQ5 기존의 대면 이벤트에 비해 자동화된 작업 보드를 사용한 원격 경쟁은 어떤 물리적 및 협업적 이점이 있는가?

주요 결과

• 로보스톤 그랜드 챌린지에서 IoT 기반 작업 보드와 웹 대시보드를 활용해 네 대륙에 흩어진 아홉 대의 로봇 플랫폼에 대한 원격 실시간 성능 모니터링이 성공적으로 수행되었다.
• 팀 로보스틴이 고출력 electromagnet를 사용해 한 번의 동작으로 두 개의 배터리를 제거하고 재활용하여 인간 전문가를 초월하는 빠른 완료 시간을 기록했다.
• 비전 기반 제어와 힘 피드백을 사용한 벤치마크 솔루션은 모든 다섯 가지 작업에서 일관된 성공률을 보였으며, 힘과 위치 데이터는 1kHz로 샘플링되고 노이즈 감소를 위해 스무딩 처리되었다.
• 시스템은 여러 시간대에 걸친 이성적 참가를 가능하게 했으며, 조직위는 상호작용 로그와 텔레메트리 데이터를 통해 현지 시간과 관계없이 팀의 진행 상황을 추적할 수 있었다.
• 웹 대시보드는 팀의 진행 상황을 거의 실시간으로 제공하여 온라인 결승전 기간 동안 참가자 참여도와 투명성을 향상시켰으며, 이벤트에 1,500명 이상의 시청자가 참여했다.
• 오픈소스로 제공된 작업 보드 설계 및 코드는 새로운 사용 사례에 대한 벤치마크 복제 및 설정을 가능하게 하여 재현 가능성과 커뮤니티 기반 혁신을 촉진한다.