[論文レビュー] Towards Remote Robotic Competitions: An Internet-Connected Task Board and Dashboard

Peter T. C. So, Jonas Wittmann+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 24, 2022

IoT and Edge/Fog Computing被引用数 6

ひとこと要約

本論文では、国際的なロボットコンテストのためのインターネット・オブ・シングス（IoT）タスクボードとウェブダッシュボードを提示しており、世界中のサイトでロボットプラットフォームの自動的でリアルタイムのパフォーマンス追跡を可能にしている。システムは埋め込みセンサーやマイコン制御を用い、物体の位置特定、挿入、分解といった操作タスクを客観的に評価する。国際的なロボスロン・グランド・チャレンジを通じて実証されたが、チームは人間の専門家と同等の結果を達成しており、設計図およびコードをオープンソース化することで完全な透明性を確保した。

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.

研究の動機と目的

• 対面でのロボットコンテストにおける物流的・アクセス上の障壁、特にパンデミックに伴う渡航制限の影響を軽減すること。
• 遠隔地に分散した複数のサイトで、標準化され、客観的かつ透明性のあるロボット操作スキルの評価プラットフォームを構築すること。
• 物理的なロボットの中央会場への輸送を要せず、非同期的かつ継続的なパフォーマンス評価を可能にすること。
• 国際的コンテスト、ロボスロン・グランド・チャレンジを通じて、4大陸にまたがる9台のロボットプラットフォームを用いて、プラットフォームの有効性を検証すること。
• 再現可能性およびコミュニティ主導の拡張を促進するため、オープンソースのベンチマークソリューションおよびインfraを提供すること。

提案手法

• タスク完了の検出および実行時間の記録を可能にする、IoT対応の物理的タスクボードで、5秒のパubリッシュ遅延を実現。
• 段階的に複雑化する5つのタスク（ボタン押し、キースイッチ操作、イーサネットポート挿入、バッテリー除去、バッテリー再利用）を統合。これらは実世界の電子廃棄物処理を模倣している。
• ウェブダッシュボードを活用し、リアルタイムのパフォーマンスデータを可視化し、世界中の遠隔サイトからの歴史的結果への公開アクセスを可能に。
• PCMC（比例積分微分制御に力フィードバックを組み合わせた制御）を用いたビジョンガイドドで力センシング可能なロボットベンチマークソリューションの実装。
• 1 kHzでサンプリングされ、ノイズ低減のため平滑化処理が施された、力しきい値と位置追跡に基づく標準化された成功指標の採用。
• 参照力（Fref）と目的位置（zdes）に基づき、状態遷移マシンを用いてタスクの成功を検証。その結果はMQTTを介してウェブダッシュボードに公開。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 インターネット接続された遠隔タスクボードは、地理的に分散した複数のロボットプラットフォームに対して、客観的かつリアルタイムのロボット操作スキルの評価を可能にするか？
• RQ2 多様な機関およびハードウェア構成を持つロボットプラットフォームは、標準化された実世界に即した操作タスクにおいて、どのように性能を発揮するか？
• RQ3 ベンチマーク用ロボットソリューションは、分解および挿入タスクにおいて、人間の専門家と同等の性能を達成できるか、その程度はどの程度か？
• RQ4 オープンソースで低コストなIoTタスクボードプラットフォームは、スケーラブルで再現可能かつ透明性のある国際的ロボットコンテストを可能にするか？
• RQ5 自動タスクボードを用いた遠隔コンテストは、伝統的な対面開催のイベントと比較して、どのような物流的・協働的利点を有するか？

主な発見

• ロボスロン・グランド・チャレンジは、IoTタスクボードとウェブダッシュボードを用いて、4大陸にまたがる9台のロボットプラットフォームの遠隔的でリアルタイムのパフォーマンス監視を成功裏に実現した。
• チーム・ロボスティックスが、高力の電磁石を用いて1回の動作で2つのバッテリーを同時に除去・再利用し、バッテリー再利用タスクで人間の専門家を上回る迅速な完了時間を記録した。
• ビジョンガイドド制御と力フィードバックを用いたベンチマークソリューションは、全5タスクで一貫したタスク成功を達成。力および位置データは1 kHzでサンプリングされ、ノイズ低減のため平滑化処理が施された。
• 複数のタイムゾーンにまたがる非同期参加が可能となり、主催者は相互作用ログとテレメトリを用いて、現地時間に関係なくチームの進捗を追跡できた。
• ウェブダッシュボードは、チームの進捗状況をほぼリアルタイムで可視化でき、オンライン決勝大会中に1,500人を超える視聴者を獲得し、参加意識の向上と透明性の向上に貢献した。
• オープンソース化されたタスクボード設計図およびコードにより、ベンチマークの再現および新たなユースケースへの設定変更が可能となり、再現可能性およびコミュニティ主導のイノベーションを促進した。