[논문 리뷰] Work in Progress: Enabling robot device discovery through robot device descriptions

Monica Anderson, Chris Crawford외 2명|arXiv (Cornell University)|2013. 02. 25.

Modular Robots and Swarm Intelligence참고 문헌 5인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 로봇 장치의 인터페이스, 통신 프로토콜, 그리고 ROS 및 HTML5 웹 소켓을 포함한 프레임워크로의 매핑을 기술함으로써 장치의 자동 검색 및 통합을 가능하게 하는 도메인 특화 언어인 로봇 장치 인터페이스 사양(RDIS)을 제안한다. 주요 기여는 드라이버 생성을 자동화하고 이질적인 로봇 플랫폼 간의 동적 자원 검색을 가능하게 하는 선언적이고 펌웨어에 내장된 장치 기술서이다.

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).

연구 동기 및 목표

• 로봇 연구 분야에서 각기 다른 로봇 프레임워크 조합에 맞는 맞춤형 장치 드라이버를 작성하는 데 증가하는 부담을 해결하기 위해.
• 표준화된 장치 기술서에서 유도된 인터페이스 코드 자동 생성을 통해 개발자 부담을 줄이기 위해.
• 다양한 로봇 프레임워크 간의 동적 장치 검색 및 런타임 자원 관리를 지원하기 위해.
• 프레임워크에 종속적인 실행 구현에서 장치 의미 체계를 분리하기 위해 추상 인터페이스 추상화를 사용하기 위해.
• 로봇 제조사가 장치 기술서를 펌웨어에 직접 통합하여 RDIS 기반 개발 환경과 원활하게 통합할 수 있도록 하기 위해.

제안 방법

• RDIS는 로봇 연결, 기본 요소, 인터페이스를 기술하기 위해 JSON과 ANTLR 기반 문법을 사용하는 공식 문법을 정의한다.
• RDIS 사양에서 파생된 추상 구문 트리(_AST_)를 기반으로 StringTemplate와 ANTLR을 사용해 대상 코드를 생성한다.
• 시스템은 ROS 드라이버, 명령줄 컨트롤러, 웹소켓 서버와 같은 프레임워크 전용 출력을 생성한다.
• 예를 들어 ROS Twist와 같은 표준 메시지 유형으로 'position2d'와 같은 추상 인터페이스를 템플릿 기반 코드 생성을 통해 매핑한다.
• 이 방법은 다중 스레딩 모델과 통신 프로토콜을 지원하며, CSV와 같은 사용자 정의 메시지 형식도 지원한다.
• 펌웨어에 RDIS를 내장함으로써 개발 환경이 장치가 지원하는 서비스를 질의할 수 있도록 장치 검색을 가능하게 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 선언적이고 도메인 특화된 언어가 다양한 로봇 프레임워크 간에 맞춤형 장치 드라이버가 필요로 하는 정도를 줄일 수 있는가?
• RQ2 로봇 장치 기술서는 어떻게 구성되어야 프레임워크 전용 드라이버의 자동 생성이 가능해지는가?
• RQ3 표준화된 인터페이스 기술서를 내장함으로써 장치 검색을 얼마나 자동화할 수 있는가?
• RQ4 장치 기본 요소와 고수준 프레임워크 추상화 간의 매핑은 어떻게 표현하고 강제로 적용할 수 있는가?
• RQ5 이질적인 로봇 플랫폼을 위한 확장 가능하고 스케일링 가능한 장치 기술서 모델의 핵심 구성 요소는 무엇인가?

주요 결과

• RDIS 프로토타입은 차량의 차동 구동 로봇에 대해 단일 RDIS 사양에서 ROS 드라이버, 명령줄 컨트롤러, 웹소켓 서버를 성공적으로 생성하였다.
• ANTLR와 StringTemplate의 사용은 도메인 특화 문법에서 신뢰성 있는 구문 분석 및 코드 생성을 가능하게 하였다.
• 추상 매핑 계층 덕분에 단일 장치 기술서가 템플릿 기반 출력 생성을 통해 여러 프레임워크를 지원할 수 있었다.
• 이 방법은 수작업으로 작성된 프레임워크 전용 코드가 필요한 정도를 줄이며 자동 드라이버 생성의 타당성을 입증하였다.
• 장치가 단일 펌웨어 명령을 통해 RDIS 기술서를 노출함으로써 시스템은 동적 검색을 지원한다.
• 모델은 확장성을 지원하며, 향후 향상 사항으로는 운동학 모델링, 오류 처리, 향상된 스레딩 추상화가 포함된다.