[논문 리뷰] Towards Robot-independent Manipulation Behavior Description

Malte Wirkus|arXiv (Cornell University)|2014. 12. 10.

Robot Manipulation and Learning참고 문헌 8인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 Rock 소프트웨어 프레임워크 내부에 통합된 도메인 특화 언어(eDSL)를 사용하여 조작 행동을 기술하고 제어하기 위한 로봇에 종속되지 않는 프레임워크를 제안한다. 추상 제어 네트워크와 기준 프레임 추상화를 통해 작업 수준의 운동 계획을 로봇 형태학에서 분리함으로써, 다양한 로봇 시스템 간에 행동 기술의 재사용을 가능하게 하며, 초기 결과를 통해 다단계 조작 작업을 위한 모듈형이고 계층적인 제어 네트워크를 구현하였다.

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.

연구 동기 및 목표

• 하드웨어 형태학에 종속되지 않는 로봇에 종속되지 않는 조작 행동 기술을 가능하게 하기 위해.
• 작업 수준의 운동 계획을 로봇 운동학과 센서 데이터 처리에서 분리하기 위해.
• 컴ponent 기반 소프트웨어와 추상 제어 모델을 사용하여 재사용 가능하고 조립 가능한 제어 시스템을 개발하기 위해.
• 통합된 제어 네트워크 추상화를 통해 다양한 로봇 플랫폼 간에 행동 조합과 이행을 지원하기 위해.
• 도메인 특화 언어를 통해 센서 처리, 운동 계획, 저수준 제어를 효율적으로 통합하기 위해.

제안 방법

• Rock 프레임워크를 기반으로 한 컴포넌트 기반 소프트웨어 아키텍처를 사용하여 로봇 제어 컴포넌트를 모듈화한다.
• 제어 네트워크와 계층적 제어 구조를 정의하기 위해 임bedded 도메인 특화 언어(eDSL)를 도입한다.
• 운동 계획은 로봇 운동학에 종속되지 않는 매개변수화 함수(예: DMP, 웨이포인트 내비게이션)로 추상화한다.
• 센서 데이터는 원시 입력을 센서 고유의 기준 프레임에서 카르테시안 공간 기준으로 변환하는 파이프라인을 통해 처리한다.
• 충돌하는 제어 명령 간의 갈등을 해결하기 위해 우선순위 기반 캐스케이드 컨트롤러 아키텍처를 통해 제어 신호를 관리한다.
• 센서, 작업, 로봇, 관절 등의 기준 프레임 간의 변환은 표준화된 기하학적 기술 규약을 통해 처리한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떻게 로봇 형태학과 하드웨어에 종속되지 않는 조작 행동을 기술할 수 있는가?
• RQ2 어떤 추상화 메커니즘이 다양한 로봇 플랫폼 간에 행동 기술의 재사용을 가능하게 하는가?
• RQ3 센서 처리, 운동 계획, 저수준 제어를 어떻게 통합적이고 조립 가능한 제어 네트워크로 통합할 수 있는가?
• RQ4 도메인 특화 언어는 복잡한 다단계 제어 시스템의 사양을 단순화하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 계층적 제어 아키텍처에서 다수의 서브시스템으로부터 유입되는 충돌하는 제어 신호는 어떻게 해결할 수 있는가?

주요 결과

• 다단계 조작 작업을 위한 제어 네트워크를 정의하기 위해 임베디드 도메인 특화 언어(eDSL)가 성공적으로 구현되었다.
• 프레임워크는 고수준 운동 계획이 로봇 전용 운동학에서 분리된 계층적 제어 시스템을 생성할 수 있도록 한다.
• 캐스케이드 컨트롤러 아키텍처는 제어 신호의 모듈형 조합을 가능하게 하며, 컨트롤러 간 우선순위 기반 갈등 해결을 제공한다.
• 시스템은 관절 수준 제어를 고수준 기능 단위(예: 'cart_arm_plus_wrist', 'head', 'finger')로 추상화하는 가상 제어 인터페이스를 지원한다.
• eDSL는 확장 가능하며, Syskit 조합과 데이터 플로우 인터페이스를 사용하여 복잡한 컴포넌트 네트워크 통합을 가능하게 한다.
• 제어 논리를 물리적 형태학에서 추상화함으로써, 행동 기술을 다양한 로봇 간에 이행하는 데의 가능성을 입증하였다.