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RTミドルウエアの現状と 今後の展開について（1） 技術 - OpenRTM-aist
石川県産業大学講座・技術セミナー 2009.1.16 （部品・ソフトウェア部門 優秀賞） 「ロボットのためのソフトウェアモジュール化」∼ 講演と実習 ∼ ＲＴミドルウエアの現状と 今後の展開について（１） 神徳徹雄 産業技術総合研究所 知能システム研究部門 http://staff.aist.go.jp/t.kotoku/ 技術戦略 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 （２００１） ロボットからＲＴへ、オーダメード型の ロボット産業への変革を提言 単体ロボット ロボット技術を使った 分散システム 三浦宏文委員長 谷江和雄代表幹事 http://www.jara.jp/publication/dl/rt.pdf ＲＴミドルウェアプロジェクト 産業界の変革 （大量生産から多品種少量生産への構造変革） ロボット産業の現状 ２１世紀のロボット産業 多品種少量生産向きロボット構築法 大量生産向きロボット構築法 各社独自仕様によるハードウエアからソ フトウエアまでの一括システム開発 ロボット要素のモジュール化とその統合 によるニーズ対応システム開発 •設計に時間とコストがかかる •ロボット要素機器の新市場 •高い技術力のある少数メーカのみ参入 •各専門分野での分業体制 •研究成果の移転が困難 •インテグレータ産業の創出 ブレークスルー技術 付加価値競争の体質 コスト競争の体質 技術共有を促進する ロボット共通基盤技術の確立 •ロボット開発の活性化 •産業競争力の強化 ロボット産業の産業構造変換 RTミドルウエアプロジェクト（２００２−２００４） 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 ネットワーク ソフトウエア ライブラリ ソフト ライ サーボ 制御 モータ セ モー セ 力センサ モータ 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。 ＲＴミドルウェアプロジェクト紹介 ブレークスルー技術 ロボット用ミド ルウェアにより インタフェース 仕様が共通化さ れる。 （開発効率を高めるロボット用ミドルウェア） ロボット用ミドルウェア よりモジュールの接続・ 実行が支援される。 モジュー ル管理 ロボット アプリケー ション ロボット用ミドル ウェアにより作成支 援される。 ネットワーク 様々なモジュール 管理ための支援モ ジュールがミドル ウェアとして用意 される サーボ制御 ソフトウェア要素のモジュール 力センサ ロボットインテグ レータが開発 モータ ロボットの ハードウェアメーカ、 ソフトウェアメーカが 開発、供給 ハードウェア要素のモジュール ビジネスモデルの変化 現在： • 各企業が独自のアーキテクチャを採用、ノウ ハウは社内にあり、システムを商品として利 益を出す 将来： • モジュール化されたオープンアーキテクチャ を採用、ノウハウを開発ツールまたはコンポ ーネントとして提供、システム設計者がこれら を利用して付加価値を高めて利益を出す 期待される未来のロボット産業のモデル ソリューションビジネス 情報提供 発注 システム インテグレータ （ＳＩ） ユーザ 納品 製造 委託 コンポーネント コンポーネント メーカ コンポーネント メーカ メーカ コンポー ネント 提供 研究機関 製造業者 2004年8月OMGモントリオール会議 （ロボット技術の標準化を呼びかけるセミ ナーを企画し、基調講演する谷江和雄 President of IEEE Robotics and Society ） シーズ 提供 ミドルウエア ミドルウエア：ＳＩ、コンポーネントメーカ、製造業者間の 交流を促進する情報基盤 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 RTコンポーネントの主な機能 データポート アクティビティ・実行コンテキスト 複合実行 共通の状態遷移 Inactive • • • センサRTC Active 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 制御RTC サーボの例 位置 電圧 1 TI s + Kp - Error T Ds アクチュエータRTC エンコーダ コンポーネント サービスポート パラメータ取得・設定 モード切替 etc… ステレオビジョンの例 サービスポート 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… アクチュエータ コンポーネント コンフィギュレーション 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 – – – 制御器 コ ンポーネント データ指向通信機能 ライフサイクルの管理・コアロジックの実行 • • 位置 3Dデプス データ 画像 データ ステレオビジョン コンポーネント • • • 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 複数のセットを 動作時に 切り替えて 使用可能 名前 値 セット名 名前 値 データポート サービス指向相互作用機能 産総研オープンラボ2008 OpenRTM-aist 安藤慶昭（産業技術総合研究所） 概要： ロボットをモジュール（RTコンポーネント）単位で 容易に構築するソフトウエアプラットフォーム モジュール化と再利用によって開発期間の短縮、 コスト削減が可能 ロボット特有な機能、異言語・異OS間で連携す る機能を提供 特徴： ロボットをモジュール単位で容易に構築するソフ トウエアプラットフォーム モジュール化と再利用によって開発期間の短縮、 コスト削減が可能 ロボット特有なソフトウエア機能、異言語・異OS 間で連携する機能を提供 仕様： インターフェース仕様：OMG RTC仕様 言語: C++, Java, Python OS:Linux、Windows、FreeBSD、MacOS CPU： i386、ARM、PPC、SH4 ライセンス（公開条件）： LGPL と個別契約のデュアルライセンス 連絡先： 〒305-8568 茨城県つくば市梅園1-1-1 中央第2 独立行政法人産業技術総合研究所 知能システム研究部門 タスクインテリジェンス研究グループ 安藤 慶昭 TEL: 029-861-5981 URL： e-mail: [email protected] http://www.openrtm.org 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 ロボットB RTC RTC RTM Solaris RTC RTC RTM FreeBSD Linux RTM RTC RTC Windows RTM RTC RTC TRON RTM RTC RTC アプリケーション 操作デバイス センサ ロボットC RTCRTCRTC RTM ARTLinux 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。 標準化活動の開始 RTミドルウェアのコンセプト実現 ある程度の普及が不可欠（卵と鶏） （RTコンポーネントの品揃え 利用者の増加） 2004年8月 Montreal会議 （次世代ロボットの標準化を呼びかける フォーラムを開催したあとの打ち上げ） 開発と並行して標準化活動（コンソーシアム標準） OMG (Object Management Group) Robotics Domain SIGの設立(2005.02) – 水川真（芝浦工業大学） – 神徳徹雄（産業技術総合研究所） Robotics Domain TFへの移行(2005.12.) 日米韓の協力体制 2005年2月 Burlingame会議 （SIG設立祝いの巨大ステーキを楽しむ 小泉さん、小菅先生、水川先生、谷江さん） OMGの概要 Object Management Group • 国際的ソフトウェア技術標準化コンソーシアム – Distributed Object Middleware (CORBA) – Object Model Language (UML) – Model Driven Architecture (MDA) • 各応用分野の標準化推進 (企業情報システム, 防衛システム, ファイナンス, ヘルスケア, ライフサイエン ス研究, 製造, ソフトウェアベース通信, 宇宙, ロボット) -> Domain Technology Committee http://www.omg.org/ ロボット技術の国際標準化活動 国際標準化活動 利用できる 現状技術 合意形成 Robotics Doman Task Force （日・仏・韓の協力体制） 他の 標準化活動 標準化への 期待 RFI RFP (Request for Information) (Request for Proposal) 技術調査 情報提供 提案 提案 提案 提案 標準 仕様 標準仕様公募 標準化戦略・公募文書作成 国内活動 ＪＡＲＡ（RTミドルウェア国際標準化専門委員会） ＳＩＣＥ （RTシステムインテグレーション部会）など 標準提案・合意交渉 各種の国内標準化活動 ネットワークロボットフォーラム ロボットサービスイニシアチブ 内閣府連携施策群プロジェクト など OMGにおけるRTCの標準化 ①OpenRTM-aistに基づく 初期提案の作成 ②共同提案書作成 のための詳細を議論 2005年 ③標準作業部会 への提出・採択 ④最終文書化委員会 における整合性の議論 2006年 2006.2 2005.9 ① 2007年 2008年 2006.6 2006.9 ③ ② 2008.4 ④ 標準仕様の 公式リリース 2006年5月RTI社を訪問 統一案作りを交渉 RFP発行 （RFP＝標準仕様 提案の呼びかけ） Initial Submission Joint Submission Adopted Specification 15 トロイカ体制 ロボット用コンポーネントモデル標準 最終仕様作業部会委員 • • • • • • • • • • AIST ETRI Hitachi Seoul National Univ. Shibaura Inst. Of Tech. Fujitsu Technologic Arts Real-Time Innovations Thales NEDO 2008年4月発行 http://www.omg.org/spec/RTC/1.0/ OpenRT Platform Project (2007-2011) 次世代ロボット知能化技術開発プロジェクト • METI が支援する NEDOプロジェクト – 17億円(2008) – 15 コンソーシアム , 38 組織 ( 19 企業, 15 大学, 4 研究機関) • 開発システム – 作業知能 • Factory automation, Try service & cleanup in a cafeteria etc. – 移動知能 • Mobile Robot, Intelligent Vehicle, GIS etc. – コミュニケーション知能 • Home Robot, Guide Robot etc. ロボット統合開発環境 OpenRT Platform （NEDO 次世代ロボット知能化技術開発プロジェクト：2007-2011） ◆ ロボット開発のためのソフトウエアプラットフォーム ◆ ツール群 (ツールチェーン) を提供 ◆ 仕様に基づくロボット開発を支援 ◆ ロボットの開発効率の向上を目指す RTCBuilder：RTコンポーネント設計・コード生成 仕様に基づくRTC・RTS設計・実装 RTC・RTS仕様記述フォーマット（XML）が決められ ているので、これらを利用した様々なツール・アプリ ケーションへの拡張が容易 ツールチェーン ・ RTC開発：RTCBuilder ・ RTCデバッグ：RTCデバッガ ・ RTC蓄積・検索：RTリポジトリ ・ RTシステム開発：RTSystemEditor ・ シミュレーション： OpenHRP3 ・ シナリオ設計： シナリオエディタ 等を現在開発中 RTCBuilder・RTSystemEditorを含む各 種ツール群によりRTシステム開発を強力 にサポート。 産総研オープンラボ2008 RTCBuilder・RTSystemEditor 安藤慶昭（産業技術総合研究所） 概要： RTコンポーネント（RTC）・RTシステム（RTS)開 発を効率化するOpenRTM-aistツールチェーン EclipseベースのRTC作成ツール： RTCBuilder EclipseベースのRTS開発ツール： RTSystemEditor （右図） 特徴： RTCBuilder ・ コンポーネント設計をすばやく簡単に ・C++、Java、Python、C#のコードを自動生成 RTSystemEditor ・RTシステムを簡単に設計・操作可能 ・オンライン編集機能 ・オフライン編集機能 RTSystemEditor ：RTCを組み合わせてシステムを設計 仕様： OpenRTM-aist-0.4.x 対応 Eclipseプラグイン （Eclipse 3.2以上） 連絡先： 〒305-8568 茨城県つくば市梅園1-1-1 中央第2 独立行政法人産業技術総合研究所 知能システム研究部門 タスクインテリジェンス研究グループ ライセンス（公開条件）： 安藤 慶昭 EPL と個別契約のデュアルライセンス TEL: 029-861-5981 URL： e-mail: [email protected] http://www.openrtm.org RTミドルウエアの広がり OpenRTM-aist 0.2.0 リリース OMG RTC仕様 初期草案提出 OMG RTC 標準仕様採択 OpenRTM-aist 0.4.0リリース OMG RTC Spec. 公式リリース予定 RTM0.1 年度 2002年 2003年 2004年 2005年 2006年 2007年 2008年 NEDO RTミドルウエア 2009年 2010年 OpenRTM-aist 1.0リリース予定 連携施策群：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 経済産業省/NEDO 知能ロボット NEDO オープンイノベーション 連携施策群：環境と作業構造のユニバーサルデザイン 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 RTミドルウエア普及戦略 ２００１年 ２００５年 ２０１０年 第1段階 第2段階 • 実現性実証 • モジュール化の枠 組みの標準化 • コンポーネント作 成ツールの提供 • サンプルの提供 • 技術の普及 • 汎用機能モジュー ルの標準化 • システムデザイン ツールの提供 • 各種モジュールを 集積するレポジトリ の提供 ２０１５年 第3段階 • 産業界での採用 • 機能モジュールの認 証・レーティング • ユーザフィードバック ツール／トラブル調査 ツールの提供 • ユーザが希望を伝え てそれを実現するコン ペシステムの提供 RTミドルウエアの詳しい情報は… • OpenRTM-aist公式Webページ – Googleで OpenRTM”で検索 – http://www.is.aist.go.jp/rt/OpenRTM-aist/ • ダウンロード – – – – • ソースコード、インストーラ等ダウンロード可能 C++版、Python版、Java版(予定) Windows用インストーラ Linux各種ディストリ用パッケージ メーリングリスト – ユーザコミュニティの情報交換 • 講習会 – 不定期に開催 – 実習形式 • マニュアル – 随時更新中 22 RT Middleware : AIST DAQ Middleware : KEK Network-based application using distributed components マニピュレータ制御システム 生活支援ロボットシステム（ＲＴスペース）［松下電工］ ロボット機能を内蔵した生活支援ロボットシステムとしてのリビング・キッチン ＲＴコンポーネントの配置（松下電工） １．移動機能用： 音声出力機能付移動ロボット（音声および映像） ２．視覚機能用 ・画像入力： 移動ロボット上のアクティブカメラ、インターホン子器のカメラ ・画像出力： ディスプレイ用モニタテレビ ３．コミュニケーション用： ＰＤＡ（音声認識，ディスプレイ上のメニュー選択） ４．生活空間内の一般の機器 照明（リビング、ダイニング、キッチン）、冷蔵庫ドア、電動ドア、玄関電気錠、インターホ ン 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 マニピュレータ制御システム 生活支援ロボットシステム（ＲＴスペース）［松下電工］ ロボット機能を内蔵した生活支援ロボットシステムとしてのリビング・キッチン ＲＴコンポーネントの配置（松下電工） １．移動機能用： 音声出力機能付移動ロボット（音声および映像） ２．視覚機能用 ・画像入力： 移動ロボット上のアクティブカメラ、インターホン子器のカメラ ・画像出力： ディスプレイ用モニタテレビ ３．コミュニケーション用： ＰＤＡ（音声認識，ディスプレイ上のメニュー選択） ４．生活空間内の一般の機器 照明（リビング、ダイニング、キッチン）、冷蔵庫ドア、電動ドア、玄関電気錠、インターホ ン 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） 冷蔵庫ドア 無線ＬＡＮ カメラ付き インターホン 子器 移動ロボット 電動ドア 電気錠 国際ロボット展2007 RSi 防災情報・お天気情報サービスゲートウェイ 山野辺 夏樹 （（独）産業技術総合研究所） 概要： ロボットサービスイニシアチブ（RSi）が提供する防災情報 サービスやお天気情報サービスを、RTミドルウエアから利 用するためのゲートウェイの機能を実現します。 特徴： RSiの提供する各種サービスとRTミドルウエアのRTコン ポーネントを結ぶゲートウェイのサンプル OpenRTM-aist 公式ページでソースコードを公開 実装方法やソースコードは、 WSDLからWebサービスの クライアント型のRTコンポーネントを作成する際のサンプ ルになります インタフェース： 防災情報サービスゲートウェイコンポーネント 入力ポート：取得したい情報の種類と地域、ユーザ情報を入力 出力ポート：防災情報が更新されたときにその情報を出力 お天気情報サービスゲートウェイコンポーネント サービスポート：情報を取得したい地域とユーザ情報を入力とし て，RSiサーバと通信して獲得した情報を出力する機能を実現 ライセンス（公開条件）： • 著作権は（独）産業技術総合研究所にありますが、非商用利用 であれば自由にご活用ください。gSOAPに関するファイルは gSOAP Public Licenseに従います。 • RSiサービスはRSi会員のみに提供されています。詳しくはRSi までお問合せ下さい。 連絡先： 独立行政法人産業技術総合研究所 知能システム研究部門 タスクインテリジェンス研究グループ 山野辺 夏樹 〒305-8568 茨城県つくば市梅園1-1-1 中央第2 email: n-yamanobe <at> aist.go.jp URL： http://www.is.aist.go.jp/rt/OpenRTM-aist/ ⇒ コンポーネント ⇒ RSi天気情報取得コンポーネント RSi 防災情報・お天気情報サービス 防災情報サービスおよびお天気情報サービスは、（財）日本気象協会から提供されているRSiの応用サービスの一つです。 設定地域に応じた以下の情報をXML形式で受け取ることができます。 防災情報： お天気情報： 雨雲の接近、雷の接近、気象警報注意報、地震情報、 津波情報、火山情報 最高・最低気温、降水確率、天気予報、波情報、風情報、 洗濯指数、花粉情報、など RSi サービスゲートウェイコンポーネント RSi サービス 防災情報やお天気情報サービスのゲートウェイコンポーネントは、 RTミドルウエアとRSiプロトコル仕様の相互利用の実証例として 作成しました。 ゲートウェイコンポーネントを他のRTミドルウエア準拠のロボット システムや機能部品と組み合わせてシステムを構成することで、 取得した情報に応じて様々な機器を制御したり、利用者のニー ズに応じて文字やCGや音声などで情報提供したりすることが可 能になります。また、サービス提供側はプラットフォームの違いを 意識する必要がなく、サービスの開発が容易になります。 RSiサービスのゲートウェイコンポーネントは、RSiの各情報サー ビスのWSDLからクライアントプログラムを作成し、これをRTコン ポーネントとしてラッピングすることで作成します。 実装の詳細については、OpenRTM-aist公式ページ⇒ コンポーネント ⇒ RSi天気情報取得コンポーネントをご覧下さい。 参考文献： 天気情報取得コンポーネントの 開発 -RTミドルウエアグループ ･･･ RTミドルウエア仕様 ゲートウェイコンポーネント 今日は雨になる から傘を忘れない で下さいね！ とロボットサービスイニシアチブとの連携-, 山野辺 夏樹, 安藤 慶昭, 原 功, 大場 光太郎, 神徳 徹雄, 末廣 尚士, 蔵田 英之, 中本 啓之, 神田 真司, 第25回 日本ロボット学会学術講演会, p.2I13, 2007/09 今日の 降水確率は 80％です 2007年11月**日 曇りのち雨 6 / 14 ＲＴミドルウエアの実装例 • ＲＴミドルウエア技術カタログ2008 http://www.is.aist.go.jp/rt/OpenLab2008/RTM_Catalog_Vol02_081020.pdf • 産総研オープンラボ2008 http://www.is.aist.go.jp/rt/openlab2008.html • ＲＴミドルウエアコンテスト2008 http://www.is.aist.go.jp/rt/RTMcontest/2008/ • ＲＴミドルウエアコンテスト2007 http://www.is.aist.go.jp/rt/RTMcontest/2007/