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1 知能システム論1 (15) 情報システム学研究科 情報メディアシステム学専攻 知能システム学講座 末廣尚士

2 - 参考URL OpenRTM-aist ロボット開発にフル活用するRTミドルウエア SEのためのRTシステム概論 2

3 - RTミドルウェア(OpenRTM)とは OMG*標準をベースとしたロボットのソフトウェ アシステム構築のミドルウェア 分散オブジェクト技術を利用したロボットシステ ムの構築技術 分散オブジェクト層での高い相互運用性に ネットワーク透過性 実装プラットフォームを規定しない 既存技術のラッピングが容易 Object Management Group. CORBAやUMLなどで有 名な分散オブジェクト技術を中心としたソフトウェアの国際 的な標準化団体 3

4 - ＲＴコンポーネントを用いた ロボットシステム 4

5 - 社会的背景 生活支援ロボットへの期待 新ロボット開発における課題 ヒューマノイドの実現 Roombaの成功 少子高齢化 要介護者の増加 開発効率の向上 低コスト化 ユーザニーズに応じたカスタムメイドロボットの実現 Robot Technology (RT) のコンセプト１ モジュール化 空間分散化 ロボットはソフトウェアの時代に 1) 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戦略調査報告書 社 日本機械工業連合会 社 日本ロボット工業会 5

6 - RTミドルウェアプロジェクト( ) モジュール化に基づいたロボット 従来のロボット ロボット Aアプリ ロボット Bアプリ ロボット Cアプリ ロボットC ロボットB ロボットA 通信ネットワーク ソ フ トブ ウ エ ア モータ セ ラ イ ラ リ ソ フ ト モー セ ラ イ サーボ 制御 力センサ モータ 本研究開発では こ の流れを実現するた めの基盤技術を確立 する 各ロボットは必要なロボットの要素を全部 一体として開発する 各ロボットの要素の切れ目が明確でなく 他のロボットには転用ができない １つのロボットを作るのにコストがかかる 新しいロボットの開発が難しい サーボ 制御 力センサ モータ すでに供給されているモジュールを利用して新しいロ ボットを簡単に作ることができる １つのロボットを作るためのコストが下がる モジュールのみの供給ができる ハードを持たないメーカもロボット産業に参入できる 新しいロボットが容易に開発できる 6

7 - RTミドルウェアの相互運用性 RTコンポーネントにすると 産業用ロボットも ヒューマノイドの腕も 同じソフトで動かせる HRP2 腕制御 コンポーネント ジョイスティック コンポーネント ロボットアーム制御用 共通インターフェース ヒューマノイド HRP2 プロメテ PA10 腕制御 コンポーネント 操縦用ジョイスティック RTコンポーネントの相互利用が可能 新しいロボットシステムの開発が容易になる 7

8 - RTMの仕組み 通信仕様の共通化 分散オブジェクト技術 既存 を利用 ロボット要素で必要な基本機能の共通化 RTコンポーネント RTC RTC ユーザ プログラム ユーザ プログラム 共通的 インタフェース 共通的 インタフェース ここの仕様を共通化する RTMユーザからはこ の部分は見えなくなる 8

9 - RTMがないと ユーザ プログラム モジュール間の切り口が不明確 開発者以外の再利用が困難 プログラム全部を作りこむ必要がある 9

10 - RTMがないと ユーザ プログラム 通信 プログラム ユーザ プログラム 通信 プログラム 非標準のプログラムでは仲間内でしか運用ができない 基本的に技術の共有 再利用が困難となる 10

11 - RTCとRT-Middleware logic device control algorithms applications etc RT Component Framework RT Component Logic/algorithm with common interfaces = RT-Component RTC RTC RTC RTC RTC RTC RTC RTC RTC RT-Middleware Execution environment for RTC RT-Middleware RTM RTCs can be distributed on network 11

12 - RT-Middlewareの階層 Advancement of software architecture RTC Application Application Library Library Object OS OS Object oriented development Overcome difference among languages OS Interface definition by IDL Well defined mapping to various languages Independent from OS, architecture Distributed objects to RTC Easy development distributed systems Well defined interfaces Standard interfaces defined by IDL Standard behavior defined by OMG RTC standard Utilize as common unit Introspection Network transparent RTM Object Middleware CORBA Conventional software to distributed objects RTC Middleware CORBA OS RTC Application Meta-data available from I/F Dynamic changes of connection/structure RTC provides robot specific functions 12

13 - RTCの構造 SDO Interfaces RTC Interfaces RTCEx Interfaces RTComponent Service RTCS Consumer RTComponent Consumer Service Proxy provide Consumer Proxy サービスフロー Activity State Machine InPort 0 Buffer InPort n put InPort Buffer Service use get reply provide OutPort0 Buffer データフロー put OutPort n Buffer get, subscribe reply push OutPort 13

14 - サーボコントロールRTC 14

15 - センサRTC センサから 15

16 - モータRTC モータへ 16

17 - サーボプログラムの動作1 RTCのオブジェクトリファレンスを取得 17

18 - サーボプログラムの動作2 IOポート情報を取得 18

19 - サーボプログラムの動作3 IOポートの接続 19

20 - サーボプログラムの動作4 20

21 - OpenRTMの使い方の概要(1) プラットフォーム OS: Linux, Windows,.. 計算機言語: C++(VC++), Python, Java ツール OpenRTM本体 Eclips開発環境 RTCBuilder, RTSystemEditor Pythonシステム統合環境: RtcHandle UML Modeling との連携 21

22 - OpenRTMの使い方概要(2) インストール Linux用 Windows用 RTCで何が出来るかの理解 サービスポート 入出力ポート 状態遷移モデル 状態遷移および状態ごとの振る舞いのプログラミング 入出力ポートのコールバック動作 コンフィギュレーション 多数のRTCの連携によるシステム構築 22

23 - OpenRTMの使い方概要(3) まずRTCの形を決める 何をするものか サービスポートの設計 入出力ポートの設計 RTCBuilderでテンプレートを作成 サービスや各状態での振る舞いのプログラム 各RTCの実行 RTSystemEditorやRtcHandleによるシステ ム構築およびシステムの動作制御 23

24 - OpenRTM-aist-Python Python-2.5.1がインストールされているなら OpenRTMのページから omniorbpy-3.1 OpenRTM-aist Python2.5-RC2 をインストールして 環境変数をセットするだけ さらにRtcLinkもインストールしておくと良い 24

25 - example(consolein) C:\Program Files\OpenRTM-aist\0.4\examples\Python\SimpleIO コンソールから入力された数値を出力ポートに出 力するだけ 25

26 - example(consolein) C:\Program Files\OpenRTM-aist\0.4\examples\Python\SimpleIO #/usr/bin/env python # -*- Python -*.. class ConsoleIn(OpenRTM.DataFlowComponentBase): def init (self, manager):.... def onexecute(self, ec_id): print "Please input number: ", self._data.data = long(sys.stdin.readline()) print "Sending to subscriber: ", self._data.data self._outport.write() return RTC.RTC_OK 26

27 - example(consoleout) C:\Program Files\OpenRTM-aist\0.4\examples\Python\SimpleIO 入力ポートから受け取ったデータをコンソールに出 力するだけ 27

28 - example(consoleout) C:\Program Files\OpenRTM-aist\0.4\examples\Python\SimpleIO #/usr/bin/env python # -*- Python -*.. class ConsoleOut(OpenRTM.DataFlowComponentBase): def init (self, manager):.... def onexecute(self, ec_id): if self._inport.isnew(): data = self._inport.read() print "Received: ", data.data print "TimeStamp: ", data.tm.sec, "[s] ", data.tm.nsec, "[ns]" time.sleep(0.001) return RTC.RTC_OK 28

29 - exampleの実行例 rtm-namingの実行 RtcLinkの実行 ConsoleInの実行 ConsoleOutの実行 ポートの接続 コンポーネントのactivate データの授受 29

30 - 7自由度アームの分解運動速度制御 30

31 - 力制御と遠隔操縦 31

32 - ロボティックルーム インターホン親機 モニタテレビ ディスプレイ 用ＰＣ リビング照明 キッチン照明 ダイニング照明 入出力 ホーム 制御ＰＣ サーバ PDA ヒューマンマシンI/F 移動ロボット 冷蔵庫ドア 無線ＬＡＮ カメラ付き インターホン 子器 電動ドア 電気錠 32

33 - ロボティックルーム 33

34 - RTM開発の歴史 RTM (2003) OpenRTM (2005) コンポーネントモデルの整理 仕様提案のためのプロトタイプ OpenRTM-aist (2007) 最初のプロトタイプ 最終仕様策定のための参照モデル 2007今年のロボット大賞優秀賞受賞 OpenRTM-aist (2009予定) 公式仕様準拠 34

35 - OMGにおけるRTCの標準化の歴史 2004 Robot Information Forum ケベッ ク カナダ :RTCのRFPを発行 :RTC仕様の最終原案を採択 :RTCの公式仕様を発行 35

36 - RTCの仕様と実装の関係 RTC PIM RTC Level Spec. of RTC Interoperability in Concept Level Interoperability in Interfaces RTC PSM RTC PSM (CORBA) OpenRTM RTM Level OpenRTM-aist RTC PSM Other Other RTC Otherbased RTM RTC based RTM RTC based RTM Other Other OpenRTM Other OpenRTM implementation OpenRTM implementation implementation RTC PSM Some Extensions of Spec. RTC implementation models API for User Code Implementation and Tools Depends on Platforms (CPU, OS, Corba Implementation, Language, etc. ) 36

37 - OpenRTMのファミリー OpenRTM-aist OpenRTM-aist-Python OpenRTM-aist-Java OpenRTM.NET LW-RTCs RTC/CAN => RTC/CAN-Open RTC/PIC OpenRTM for DAQ... 37

38 - RTMの今後 ライバルたち 普及へ向けて プロジェクト ロボットビジネス推進協議会 海外 韓国 米国 EUなど 連携 ツールチェーンの完成 ロボットのMDAnの確立 Microsoft RSDK Willow Garage ROS RSi, NRF ロボットシステム全体構築モデル ロボット以外の分野へ 情報家電 情報化ハウス 自動車 38

39 - RTミドルウェアコンテスト < RTミドルウェアの普及 ロボット技術の共有と蓄積 RTミドルウェア技術者の育成 副賞 賞金 付き SICE SI2007, SI2008に SI2009も 39

40 - 知能システム論1のまとめ 本講義で身に付けて欲しかったこと 座標系の取り扱い 座標系でロボットを動かす 座標系で環境を記述する 関節 手先座標系 作業座標系の変換 Python言語のプログラミング ロボットアームの表示モデル 最小２乗法 ニュートン法 特異値分解 ロボットの モデル 環境 作業 世界観 これから知能ロボットの新しい流れがくるか 40