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えのえんの
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1 NEDO 特別講座 :RTM RTC セミナー ( 2013 年 5 月 28 日 ) ロボットミドルウエア標準 RTミドルウエア ( 独 ) 産業技術総合研究所知能システム研究部門安藤慶昭 1

2 RT とは? RT = Robot Technology 1) cf. IT Real-time 単体のロボットだけでなくさまざまなロボット技術に基づく機能要素をも含む ( センサアクチュエータ, 制御スキームアルゴリズム etc.) 産総研版 RT ミドルウエア OpenRTM-aist RT-Middleware (RTM) RT 要素のインテグレーションのためのミドルウエア RT-Component (RTC) RT-Middleware におけるソフトウエアの基本単位 RT-Middleware 1) 日本ロボット工業会 : 平成 12 年度 21 世紀におけるロボット社会創造のための技術調査報告書,

3 従来のシステムでは Joystick software Joystick Robot Arm Control software 互換性のあるインターフェース同士は接続可能 Robot Arm 3

4 従来のシステムでは Humanoid s Arm Control software Humanoid s Arm Joystick software Joystick ロボットによってインターフェースは色々互換性が無ければつながらない Robot Arm Control software Robot Arm 4

5 RT ミドルウエアでは RT ミドルウエアは別々に作られたソフトウエアモジュール同士を繋ぐための共通インターフェースを提供する Arm A Control software compatible arm interfaces Humanoid s Arm Joystick software Joystick ソフトウエアの再利用性の向上 RT システム構築が容易になる Arm B Control software Robot Arm 5

6 モジュール化のメリット再利用性の向上同じコンポーネントをいろいろなシステムに使いまわせる選択肢の多様化同じ機能を持つ複数のモジュールを試すことができる柔軟性の向上モジュール接続構成かえるだけで様々なシステムを構築できる信頼性の向上モジュール単位でテスト可能なため信頼性が向上する堅牢性の向上システムがモジュールで分割されているので一つの問題が全体に波及しにくい

7 RT コンポーネント化のメリットモジュール化のメリットに加えてソフトウエアパターンを提供ロボットに特有のソフトウエアパターンを提供することで体系的なシステム構築が可能フレームワークの提供フレームワークが提供されているのでコアのロジックに集中できる分散ミドルウエアロボット体内 LAN やネットワークロボットなど分散システムを容易に構築可能

8 RT ミドルウエアの目的モジュール化による問題解決仕様の明確化最新技術を容易に利用可能誰でもロボットが作れるコストの問題技術の問題ニーズの問題 A 社製移動ベース B 社製アーム C 社製センサ最新の理論アルゴリズム多様なユーザ!!!! RT コンポーネント化仕様モジュール化再利用ロボットの低コスト化システム開発者最新技術を利用可能カスタマイズが容易に多様なニーズに対応ロボットシステムインテグレーションによるイノベーション 8

9 RT ミドルウエアと RT コンポーネントロジックデバイス制御制御アルゴリズムアプリケーション etc RT コンポーネントフレームワーク RT コンポーネントロジックを箱 ( フレームワーク ) に入れたもの =RT コンポーネント (RTC) RTC RTC RTC RTC RTC RTC RTC RTC RT ミドルウエア RTC の実行環境 (OS のようなもの )=RT ミドルウエア (RTM) RTC はネットワーク上に分散可能 9

10 RT コンポーネントの主な機能アクティビティ実行コンテキスト共通の状態遷移複合実行 Inactive Active Error センサ RTC 制御 RTC アクチュエータ RTC ライフサイクルの管理コアロジックの実行データポートデータ指向ポート連続的なデータの送受信動的な接続切断目標値エンコーダコンポーネント位置位置 - 1 TI s TDs Kp 制御器コンポーネント + 電圧データ指向通信機能サーボの例アクチュエータコンポーネントサービスポート定義可能なインターフェースを持つ内部の詳細な機能にアクセスパラメータ取得設定ステレオビジョンの例モード切替サービスポート etc ステレオビジョンインターフェースモード設定関数座標系設定関数キャリブレーション etc 画像データステレオビジョンコンポーネントサービス指向相互作用機能 3D デプスデータデータポートコンフィギュレーションパラメータを保持する仕組みいくつかのセットを保持可能実行時に動的に変更可能セット名セット名名前値名前値複数のセットを動作時に切り替えて使用可能 10

11 RTC の分割と連携ロボット体内のコンポーネントによる構成例画像データポートカメラコンポーネント顔位置問合せ顔認識コンポーネントデータコマンドの流れカメラコンポーネント画像データステレオビジョンコンポーネントカメラコントロール人物データ表情データジェスチャ軌道データ頭腕駆動コンポーネント音声データ音声認識コンポーネント文字データ対話コンポーネント文字データ音声合成コンポーネントマイクコンポーネント ( モジュール ) 情報の隠蔽と公開のルールが重要

12 RT ミドルウエアによる分散システム RTM によりネットワーク上に分散する RTC を OS 言語の壁を越えて接続することができるネットワークロボット A RTC RTC RTM Solaris ロボット B RTC RTC RTM FreeBSD ロボット C RTC RTC RTC RTM ARTLinux Linux Windows TRON RTM RTM RTM RTC RTC RTC RTC RTC RTC アプリケーション操作デバイスセンサ RTC 同士の接続はプログラム実行中に動的に行うことが出来る

13 OpenRTM-aist コンポーネントフレームワーク + ミドルウエアライブラリコンポーネントインターフェース : OS OMG Robotic Technology Component Specification ver1.0 準拠公式 :Linux, FreeBSD, Windows, Mac OS X, QNX 非公式 : uitron, T-Kernel, VxWorks 言語 : C++ (1.1.0), Python (1.0.0), Java (1.0.0).NET (implemented by SEC) CPU アーキテクチャ ( 動作実績 ): i386, ARM, PPC, SH4 PIC, dspic, SH2, H8 (RTC-Lite) ツール (Eclipse プラグイン ) テンプレートソースジェネレータ : rtc-template RTCBuilder システムインテグレーションツール : RTSystemEditor 13

14 OMG RTC 標準化 2005 年 9 月 RFP: Robot Technology Components (RTCs) 公開 2006 年 2 月 Initial Response : PIM and PSM for RTComponent を執筆し提出提案者 :AIST( 日 ) RTI( 米 ) 2006 年 4 月両者の提案を統合した仕様を提案 2006 年 9 月 AB にて承認事実上の国際標準獲得 FTF が組織され最終文書化開始 2007 年 8 月 FTF の最後の投票が終了 2007 年 9 月 AB にて FTF の結果を報告承認 2008 年 4 月 OMG RTC 標準仕様公式リリース 2010 年 1 月 OpenRTM-aist-1.0 リリース 14

15 インターフェース標準の特徴標準化する範囲が狭い= 差別化領域を確保製品標準化による差別化困難というデメリットが起こりにくいインターフェース両側ともにプロダクトイノベーションを継続可能互換性の確保によるユーザの安心感市場拡大効果はそれほど大きくないが市場と市場を接続する効果がある新宅純二郎他, `` コンセンサス標準戦略事業活用のすべて, p.29 日本経済新聞出版社, 2008, ISBN

OMG RTC ファミリ Name Vendor Feature OpenRTM-aist AIST C++, Python,

.) minirtc, micrortc SEC CAN ZigBee 等を利用した組込用 RTC 実装 Dependable

SIT, CiA CANOpenのためのCiA (Can in automation) における RTC 標準 PALRO

GostaiRTC GOSTAI, THALES ロボット言語上で動作する C++ PSM 実装 H-RTM ( 仮称 )

16 OMG RTC ファミリ Name Vendor Feature OpenRTM-aist AIST C++, Python, Java OpenRTM.NET SEC.NET(C#,VB,C++/CLI, F#, etc..) minirtc, micrortc SEC CAN ZigBee 等を利用した組込用 RTC 実装 Dependable RTM SEC/AIST 機能安全認証 (IEC61508) capable な RTM 実装 RTC CANOpen SIT, CiA CANOpenのためのCiA (Can in automation) における RTC 標準 PALRO 富士ソフト小型ヒューマノイドのための C++ PSM 実装 OPRoS ETRI 韓国国家プロジェクトでの実装 GostaiRTC GOSTAI, THALES ロボット言語上で動作する C++ PSM 実装 H-RTM ( 仮称 ) 本田 R&D OpenRTM-aist 互換 FSM 型コンポーネントをサポート同一標準仕様に基づく多様な実装により実装 ( 製品 ) の継続性を保証実装間での相互利用がより容易に 16

17 Success stories DAQ-Middleware: KEK/J-PARC KEK: High Energy Accelerator Research Organization J-PARC: Japan Proton Accelerator Research Complex HRP-4: Kawada/AIST TAIZOU: General Robotics Inc. HIRO: Kawada/GRX HRP-4C: Kawada/AIST 17

Japan Proton Accelerator Research Complex Model : Dell PowerEdge SC1430 CPU :Intel Xeon 5120 @ 1.

4 (i386) Source Sink (J-PARC, 大強度陽子加速器施設 ) 核変換施設 Nuclear Transmutation 物質生命科学実験施設 Materials and Life

Synchrotron (25 Hz, 1MW) ニュートリノ実験施設 Neutrino to Kamiokande 50 GeV Synchrotron (0.

18 Japan Proton Accelerator Research Complex Model : Dell PowerEdge SC1430 CPU :Intel Xeon 1.86GHz 2 Cores 2 Memory: 2GB NIC: Intel Pro 1000 PCI/e (1GbE) OS: Scientific Linux 5.4 (i386) Source Sink (J-PARC, 大強度陽子加速器施設 ) 核変換施設 Nuclear Transmutation 物質生命科学実験施設 Materials and Life Science Experimental Facility ハドロン実験施設 Hadron Beam Facility 500 m Ethernet Linac (350m) 3 GeV Synchrotron (25 Hz, 1MW) ニュートリノ実験施設 Neutrino to Kamiokande 50 GeV Synchrotron (0.75 MW) 88MB/s = 704 Mbps KEK PSDs x816 Readout modules x102 J-PARC = Japan Proton Accelerator Research Complex Joint Project between KEK and JAEA (former JAERI) KEK

19 RT-Middleware 関連プロジェクト RTM0.1 リリース OpenRTM-aist リリース from 2002~ OpenRTM-aist リリース OpenRTM-aist 1.0 リリース OMG RTC spec. draft OMG RTC spec. approved OMG RTC 標準仕様リリース FY RT ミドルウエアプロジェクト科研費若手 (B) 科振費分散コンポーネントシミュレータ NEDO 次世代ロボット共通基盤開発ロボット大賞 2007 工業標準部標準基盤研究科振費環境と作業構造のユニバーサルデザインさまざまなプロジェクトで標準ソフトウエアプラットフォームとして採用されている産総研イニシアチブ UCROA NEDO 戦略的先端ロボット要素技術開発経済産業省 NEDO 次世代ロボット知能化技術開発プロジェクト

20 RT ミドルウエア PJ FY FY2004 名称 :NEDO 21 世紀ロボットチャレンジプログラムロボット機能発現のために必要な要素技術開発目的 : RT 要素の部品化 ( モジュール化 ) の研究開発分散オブジェクト指向開発 RT 要素の分類モジュール化に必要な機能インタフェース仕様の明確化予算規模 : 65 百万円全体百万円 20

NEDO 基盤 PJ FY2003-FY2007 その他のロボット開発ツールプラグイン名称 :

C++ 開発環境プラグイン Eclipse Paltform JavaVM RtcLink

21 NEDO 基盤 PJ FY2003-FY2007 その他のロボット開発ツールプラグイン名称 : 運動制御デバイスおよびモジュールの開発目的 : 運動制御デバイスの開発デバイスに搭載するRTCの開発その他モーションコントロールに資するRTM/RTCの開発予算規模 : 15 百万円 / 年 371 百万円全体 1,259 百万円 Java 開発環境プラグイン C++ 開発環境プラグイン Eclipse Paltform JavaVM RtcLink プラグインツールの Eclipse プラグイン化追加拡張 RTC-CAN の開発 dspic 版 RTC-Lite の開発 21

22 名称 : 次世代ロボット知能化技術開発プロジェクト目的ソフトウエアプラットフォームの開発作業知能移動知能コミュニケーション知能に関するモジュールの開発予算 : 400 百万円全体 7,000 百万円研究グループ 15 グループ知能化 PJ FY2007-FY

23 RT ミドルウエアの広がりダウンロード数 2012 年 2 月現在 2008 年 2009 年 2010 年 2011 年 2012 年合計 C Python Java Tool All ユーザ数タイプ Webページユーザ Webページアクセスメーリングリスト講習会利用組織 (Google Map) 登録数 365 人約 300 visit/day 約 1000 view/day 447 人のべ 592 人 +22 人 46 組織プロジェクト登録数タイプ登録数 RTコンポーネント群 287 RTミドルウエア 14 ツール 19 仕様文書 4 ハードウエア 28 OMG RTC 規格実装 (11 種類 ) Name Vendor Feature OpenRTM-aist AIST C++, Python, Java OpenRTM.NET SEC.NET(C#,VB,C++/CLI, F#, etc..) minirtc, micrortc SEC CAN ZigBee 等を利用した組込用 RTC 実装 Dependable RTM SEC/AIST 機能安全認証 (IEC61508) capable な RTM 実装 RTC CANOpen SIT, CiA CANOpenのためのCiA (Can in automation) におけるRTC 標準 PALRO 富士ソフト小型ヒューマノイドのための C++ PSM 実装 OPRoS ETRI 韓国国家プロジェクトでの実装 GostaiRTC GOSTAI, THALES ロボット言語上で動作する C++ PSM 実装 23

24 プロジェクトページユーザが自分の作品を登録他のユーザの作った RTCを探すことができるタイプ登録数 RT コンポーネント群 287 RT ミドルウエア 14 ツール 19 仕様文書 4 ハードウエア 28 24

25 OpenRTMで利用可能なハードウエアのリストハードウエアを利用するために利用できるコンポーネントのリストハードウエア集 25

26 NEDO RT コンポーネント集に NEDO 知能化 PJ 成果物の特別ページを設置ツール作業知能モジュール移動知能モジュール対話知能モジュール商用ライセンスモジュールの5カテゴリに分けて掲載

27 サマーキャンプ毎年夏に1 週間開催今年 :7 月 29 日 ~8 月 2 日募集人数 :10 名場所 : 産総研つくばセンター座学と実習を1 週間行い最後にそれぞれが成果を発表産総研内のさくら館に宿泊しながら夜通し? コーディングを行う! _ / ( д ) < もう寝る! \ ~\ \ \ 27

年度実績応募数 :17 件計測自動制御学会学会 RTミドルウエア賞 ( 副賞 10 万円 ) 奨励賞 ( 賞品協賛 ):3 件奨励賞

28 RT ミドルウエアコンテスト SICE SI ( 計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会 ) のセッションとして開催エントリー〆切 :9 月ごろソフトウエア登録 :10 月ごろ講演原稿〆切 :10 月ごろ発表授賞式 :12 月ごろ 2012 年度実績応募数 :17 件計測自動制御学会学会 RTミドルウエア賞 ( 副賞 10 万円 ) 奨励賞 ( 賞品協賛 ):3 件奨励賞 ( 団体協賛 ):10 件奨励賞 ( 個人協賛 ):5 件詳細は Web ページ : openrtm.org コミュニティーイベントをご覧ください 28

29 まとめ RT ミドルウエア背景目的利点標準化適用例過去のプロジェクト普及活動 :Webページ講習会コンテスト詳しくは検索 openrtm 29

30 30

31 ROS ROS の良い点 UNIX ユーザに受けるツール ( 特に CUI) が豊富独自のパッケージ管理システムを持つノード ( コンポーネント ) の質量ともに十分 WG が直接品質を管理しているノードが多数ユーザ数が多いメーリングリストなどの議論がオープンで活発英語のドキュメントが豊富 ROS の問題点 Ubuntu 以外の対応が今一つ Windows 対応はいろいろな人が試したがいまだに公式には含まれないコアライブラリの仕様が固まっていない他の言語で実装する際の妨げサードパーティー実装が出にくい品質を保証しづらいコンポーネントモデルがない

32 OpenRTM OpenRTM の良い点対応 OS 言語の種類が多い Windows UNIX uitron T- Kernel VxWorks QNX Windows でネイティブ動作する GUI ツールがあるので初心者向き仕様が標準化されている OMG に参加すればだれでも変更可サードパーティー実装が作りやすいすでに 10 程度の実装ありコンポーネントモデルが明確オブジェクト指向 UML SysML との相性が良いモデルベース開発 IEC61508 機能安全認証取得 RTMSafety OpenRTM の問題点コンポーネントの数が少ないパッケージ管理システムがない CUIツールが少ない UNIX ユーザ受けしないユーザ数が少ない英語のドキュメントが少ない知名度が低い開発速度が遅い現在は開発者一人

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Microsoft PowerPoint DAQセミナー_Ando.pptx 2013 年 9 月 9 日データ収集技術講演会, 広島工業大学ロボットミドルウエア標準 RT ミドルウエア ( 独 ) 産業技術総合研究所知能システム研究部門安藤慶昭 1 つくば研究学園都市 KEK 筑波大東京 ( 秋葉原 ) から45 分 1970 年代から開発 20 以上の国の研究機関大学企業等の研究所 20000 人以上の研究者博士 7000 人以上つくば駅 JAXA 産総研 2