[论文解读] Work in Progress: Enabling robot device discovery through robot device descriptions

Monica Anderson, Chris Crawford+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 25, 2013

Modular Robots and Swarm Intelligence参考文献 5被引用 3

一句话总结

本文提出了机器人设备接口规范（RDIS），一种领域特定语言，通过描述其接口、通信协议以及与ROS和HTML5等框架通过WebSocket的映射关系，实现机器人设备的自动发现与集成。其主要贡献在于一种声明式、嵌入固件的设备描述机制，可自动生成功能驱动并实现跨异构机器人平台的动态资源发现。

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).

研究动机与目标

• 解决机器人研究中为每种机器人框架组合手动编写自定义设备驱动所带来的日益增长的负担。
• 通过标准化设备描述自动生成接口代码，减少开发人员的开销。
• 支持在多个机器人框架之间实现动态设备发现与运行时资源管理。
• 通过抽象接口抽象，将设备语义与框架特定的实现解耦。
• 使机器人制造商能够将设备描述直接嵌入固件中，实现与RDIS启用的开发环境的无缝集成。

提出的方法

• RDIS使用JSON和ANTLR基于的语法定义，描述机器人连接、原语和接口的正式语法。
• 利用StringTemplate和ANTLR从RDIS规范生成的抽象语法树（AST）中解析并生成目标代码。
• 系统可生成框架特定的输出，包括ROS驱动、命令行控制器和WebSocket服务器。
• 通过基于模板的代码生成，将抽象接口（如'position2d'）映射到标准消息类型（如ROS Twist）。
• 该方法支持多种线程模型和通信协议，同时支持自定义消息格式（如CSV）。
• 通过在固件中嵌入RDIS，使开发环境能够查询设备以获取其支持的服务，从而实现设备发现。

实验结果

研究问题

• RQ1 声明式、领域特定的语言在多机器人框架中是否能减少对自定义设备驱动的需求？
• RQ2 如何组织机器人设备描述，以实现框架特定驱动的自动生成？
• RQ3 通过嵌入式、标准化的接口描述，设备发现能在多大程度上实现自动化？
• RQ4 如何表达并强制执行设备原语与高层框架抽象之间的映射关系？
• RQ5 面向异构机器人平台的可扩展、可伸缩设备描述模型的关键组件是什么？

主要发现

• RDIS原型成功从单一RDIS规范为差速驱动机器人生成了ROS驱动、命令行控制器和WebSocket服务器。
• 使用ANTLR和StringTemplate实现了从领域特定语法中可靠地解析和代码生成。
• 抽象映射层使得单一设备描述可通过基于模板的输出生成，支持多种框架。
• 该方法在自动创建驱动方面展示了可行性，显著减少了手写、框架特定代码的需求。
• 系统通过允许设备通过单条固件命令暴露其RDIS描述，支持动态发现。
• 该模型支持可扩展性，计划的增强功能包括运动学建模、错误处理以及改进的线程抽象。