[論文レビュー] ROS-Mobile: An Android application for the Robot Operating System

Nils Rottmann, Nico Studt+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 5, 2020

Robotics and Automated Systems参考文献 7被引用数 5

ひとこと要約

ROS-Mobile は、モバイルロボットのロボットオペレーティングシステム（ROS）ノードのリアルタイム制御および可視化を可能にする Android アプリです。仮想ジョイスティックを介した遠隔操作と、占有グリッドマップなどのセンサデータのライブ表示をサポートします。研究者がスマートフォンやタブレットを使って屋内・屋外環境でロボットを遠隔操作・監視できるため、ロボットシステムの現地テストを加速します。

ABSTRACT

Controlling and monitoring complex autonomous and semi autonomous robotic systems is a challenging task. The Robot Operating System (ROS) was developed to act as a robotic middleware system running on Ubuntu Linux which allows, amongst others, hardware abstraction, message-passing between individual processes and package management. However, active support of ROS applications for mobile devices, such as smarthphones or tablets, are missing. We developed a ROS application for Android, which comes with an intuitive user interface for controlling and monitoring robotic systems. Our open source contribution can be used in a large variety of tasks and with many different kinds of robots. Moreover, it can easily be customized and new features added. In this paper, we give an outline over the software architecture, the main functionalities and show some possible use-cases on different mobile robotic systems.

研究の動機と目的

• 現実世界の環境で ROS ベースのロボットシステムを制御・監視するための軽量でアクセスしやすいモバイルインターフェースを提供すること。
• スマートフォンやタブレットからの直接制御により、モバイルロボットのアルゴリズムの展開およびテストに要する時間と複雑さを低減すること。
• 家庭用ロボット、自律航行船、病院内ナビゲーションエージェントなど多様なロボットアプリケーションを、統一的かつ拡張可能な Android インターフェースでサポートすること。
• 現実的な屋内外シナリオにおいて、新しいセンサ、アルゴリズム、制御手法の迅速なプロトタイピングおよび評価を促進すること。
• GitHub にホストされた文書化され、拡張可能なアーキテクチャを通じて、オープンソース開発とコミュニティの貢献を促進すること。

提案手法

• アプリケーションは、リモートコンピュータまたはロボット上で実行中の ROS マスターとのセキュアなシェル（SSH）接続を確立する。
• 微分ドライブ制御のための /cmd_vel トピックに Twist メッセージを発行する仮想ジョイスティックインターフェースを実装する。
• /map トピックにサブスクライブして、独自のグリッドマップレンダリング手法を用いて、リアルタイムで占有グリッドマップを可視化する。
• チュートリアルに従ったプロセスを通じて、プラグイン風のアーキテクチャにより、新しい可視化および制御ノードの動的統合をサポートする。
• UI は、論理と表示の分離を明確にするために MVVM（モデル-ビュー-ビューモデル）アーキテクチャパターンを採用し、保守性を向上させる。
• アプリケーションは、リソース使用量を最小限に抑えつつ、ROS システムとの低遅延通信を維持するように、軽量かつ効率的な設計がなされている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 モバイルデバイスは、フィールド実験における ROS ベースのロボットシステムのリアルタイム制御および可視化に、どのように効果的に活用できるか？
• RQ2 Android アプリケーションは、現実世界の環境におけるモバイルロボットのアルゴリズムの展開およびテストに、時間と複雑さをどの程度低減するか？
• RQ3 軽量で拡張可能な Android アプリは、SLAM やマッピング、遠隔操作を含む、多様なロボットプラットフォームおよびセンサモダリティをサポートできるか？
• RQ4 SSH を用いた ROS 通信とリアルタイム可視化の統合は、屋内外のロボット実験を実施する研究者にとって、使いやすさをどのように向上させるか？
• RQ5 一般消費者向けモバイルデバイスをモバイルロボティクスの遠隔制御および監視インターフェースとして使用する際の実用的制限および性能特性は何か？

主な発見

• ROS-Mobile は、仮想ジョイスティックインターフェースを介して、/cmd_vel トピックに制御コマンドを発行することで、モバイルロボットのリアルタイム遠隔操作を可能にしている。
• アプリケーションは /map トピックにサブスクライブして、ライブの占有グリッドマップを可視化しており、ユーザーが環境マッピングをリアルタイムで監視できる。
• 本アプリは、知的芝生刈りロボット、自律航行船、病院内ナビゲーションロボットを含む、複数の研究プロジェクトで実際に展開・検証されている。
• SSH を用いた通信により、屋外環境でも、Android デバイスと ROS マスター間のセキュアで安定した接続が確保されている。
• モジュラーなアーキテクチャのおかげで、コミュニティの貢献や継続的な開発の事例からも示されるように、新しいノードや可視化コンponentsの追加が容易である。
• 現地実験の結果、ROS-Mobile は設定時間の大幅な短縮と、現実世界でのロボット評価の効率向上を実現していることが明らかになった。