OpenEL for Robot(Japanese)
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On 16 November 2011, Japan Embedded Systems Technology Association (JASA) announced that Platform Research Group of Engineering division has started work on the specification of OpenEL (Embedded Libraries) for Robot. OpenEL for Robot is an open platform to standardize the specifications of the software implementation of robotics and control systems. This is the Japanese version of the presentation materials that were presented at Embedded Technology 2011 in Japan. The English version is under construction.
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- 1. ロボットおよび制御システムの開発の ための新規プラットフォームの提案 2011年11月16日 技術本部 プラットフォーム研究会 © Japan Embedded Systems Technology Association 2011
- 2. 目次 1. プラットフォーム研究会の紹介 ・ 概要、沿革、事業計画、平成23年度の活動成果と予定 2. ロボット技術の動向 ・ 特定分野における標準化団体、RTミドルウェアの特徴、ROSの特徴 3. 新規プラットフォームの提案 ・ ロボット技術に関する現状の取り組み、動向、課題、仮説、新規プラットフォームの 提案、 OpenEL for Robotの概要、ロードマップ ■ 参考資料 ・ コンピュータ・通信分野における標準化団体 2 © Japan Embedded Systems Technology Association 2011
- 3. 1. プラットフォーム研究会の紹介 プラットフォーム研究会の紹介 3
- 4. 1.1 プラットフォーム研究会の概要 ロ ボ ッ ト Ｗ Ｇ 4
- 5. 1.1 プラットフォーム研究会の概要 ■ 設立：2000年 ■ 参加企業・団体 ■ 目的：プラットフォームの事例、 （株）コア 特性等の評価、利活用の指針 （株）エヌデーデー 策定 アップウィンドテクノロジー・インコーポレ イテッド ■ 委員：計27名 （地独）東京都立産業技術研究センター 研究会：27名 有限会社シンビー ロボットWG：9名 図研エルミック株式会社 ■ アドバイザー 東芝システムテクノロジー株式会社 首都大学東京：武居直行 東海ソフト株式会社 名古屋工業大学：佐野明人、坂口正道 株式会社ビッツ （独）産業技術総合研究所：神徳徹雄 株式会社ブライセン 株式会社パトリオット ■ 産学官連携コーディネーター 株式会社フィット・デザイン・システム （地独）東京都立産業技術研究センター 株式会社YCC情報システム 株式会社セントラル情報センター 5 © Japan Embedded Systems Technology Association 2011
- 6. 1.2 プラットフォーム研究会の沿革 ■ 2000年、JASA東京支部の有志により、Linux研究会が発足 ・ 組込みLinuxに関する技術動向の調査を実施し、報告書を発行 ・ 「エンベデッドシステム関連ソフトウェア技術動向調査 Embedded Linuxにおける技術動向 －平成13年度動向調査報告書－」（平成14年3月） ■ 2002年10月、エンベデッドソフトプラットフォーム研究会に改名 ・ 組込みシステムのプラットフォームに関する技術動向を調査し、報告書を発行 ・ 「エンベデッドプラットホームにおける動向調査 Embedded Platformにおける技術動向－平成14年度動向調査報告書－」（平成15年3月） ■ 2003年、プラットフォーム研究会に改名 ■ 2006年4月、「図解 組込みシステム用語早わかり」（オーム社）を出版 ■ 2007年、プラットフォームの技術動向を調査 ・ 「Androidの及ぼす影響」を発行 http://www.jasa.or.jp/top/intro/chart/pdf/android.pdf ■ 2008年、ビジネスモデルについて研究 ■ 2009年、プラットフォームリーダーシップについて研究 ■ 2010年、オープンイノベーションについて研究 ■ 2011年、標準プラットフォームの提案に着手 6 © Japan Embedded Systems Technology Association 2011
- 7. 1.3 プラットフォーム研究会の事業計画 ■ 平成23年度は、下記の3つのテーマを設定し、次世代の共通基盤となる技 術や考え方の探究を行う。 ① プラットフォームによる日本の組込みソフトウェア産業の飛躍を考える — 「プラットフォーム・リーダーシップ」と「オープンイノベーション」の輪講での成果を 生かし、日本の組込みソフトウェア産業や情報通信産業を飛躍させるためのサー ビスプラットフォームについて検討し、まとまった時点でJASA JASAホームページにて公 ビスプラットフォームについて検討し、まとまった時点でJASAホームページにて公 開する。 ② プラットフォームを選定し深堀を行う — 『産業構造ビジョン2010』戦略5分野の先端分野からロボットを取り上げ、具体的な技 産業構造ビジョン2010 戦略5分野の先端分野からロボット 2010』 ロボットを取り上げ、具体的な技 JASAとしてリファレンスとなるプラットフォームを提案 術や戦略について深く調査し、 JASAとしてリファレンスとなるプラットフォームを提案 する ③ トレンドや最新技術の動向について情報を共有する — プラットフォームを基軸とした最新トレンド情報を調査して持ち寄り、会員同士で情報 共有するとともに、技術媒体等に投稿して一般公開も図る。 7 © Japan Embedded Systems Technology Association 2011
- 8. 1.4 平成23年度の活動成果と予定 平成23年度の活動成果と予定 23 ■ 合宿を1回実施（2011/4/14-15：TJK箱根の森） ■ ロボットWGおよび研究会を6回実施 ■ 第1回(2011年5月12日) ・ ETロボコン2011に関する情報交換および計画策定、ロボット勉強会を実施、研究対 象分野の検討、成果発表会の発表資料の査読 ■ 2011/5/26：JASA主催技術本部成果発表会にて発表 ・ 「オープンイノベーションの実現を支援するプラットフォームの考察」 ■ 第2回(2011年6月23日) ・ 「UTOSを用いたETロボコンの開発」セミナーを実施、モデリング手法に関する検討、 リアルタイムOS勉強会を実施、JASA会員の保有技術を活用する新規プラット フォームの検討 ■ 第3回(2011年7月21日) ・ ETロボコンのモデリングの検討、 「オブジェクト指向」勉強会を実施、各社保有技術 の調査、ロボット研究の動向調査 ■ 第4回(2011年8月22日) ・ ETロボコンのモデリングの検討、首都大学東京の武居准教授による「ロボット研究 紹介」を実施、発表資料の査読 8
- 9. 1.4 平成23年度の活動成果と予定 平成23年度の活動成果と予定 23 ■ 第5回(2011年9月22日)： ・ 「ETロボコン」勉強会を実施、ETロボコンのモデリング例の発表、発表資料の査読 ■ 2011年9月23,24日：ETロボコン東京地区大会に参加 ■ 第6回(2011年10月13日)： ・ OpenEL for Robotの仕様検討、発表資料の査読 ■ 2011年11月16日： ET2011にて成果発表 ■ 第7回(2011年11月24日)： ロボットWG、勉強会、提案作成、研究会 ■ 第8回(2011年12月22日)： ロボットWG、勉強会、提案作成、研究会 ■ 第9回(2011年1月19日)： ロボットWG、勉強会、提案作成、研究会 ■ 第10回(2011年2月16日)： ロボットWG、勉強会、提案作成、研究会 ■ 第11回(2011年3月22日)： ロボットWG、勉強会、提案作成、研究会 9
- 10. 1.5.平成23年度の活動成果 1.5.平成23年度の活動成果 平成23 ■ 新聞・雑誌等のメディアで研究発表を4回実施 ・ CQ出版：Interface 2011年5,6,7,9月号 — 技術者から見たビジネスとしての組み込み業界 第一回：オープン・イノベーションの意義は？ 第二回：知財権がオープン・イノベーションを可能にする 第三回：知財戦略で勝つ差別化を 第四回：知財戦略と国際標準化の関係は？（最終回） 10
- 11. [参考]第1回ロボットWG(2011/5/12)の様子 参考] 回ロボットWG(2011/5/12)の様子 WG(2011/5/12) ■ 参加者数：8名（主査を含む5名が20代の技術者） ■ 実施項目 ・ ETロボコンの紹介と模擬コース上でのデモ走行を実施（年度前半はETロボコンを 題材に活動予定） ・ 二足歩行ロボットの紹介 ■ 首都大学東京の武居直行准教授（研究分野：人間支援ロボティクス、 触覚テクノロジー、柔軟メカトロニクス、水中ロボティクス）がアドバイザ ーに就任 11 © Japan Embedded Systems Technology Association 2011
- 12. 2. ロボット技術の動向 12
- 13. 2.1 特定分野における標準化団体 ■ 3GPP（The 3rd Generation Partnership Project） ・ 第三世代携帯電話(3G)システムの仕様の検討・作成を行うプロジェクト ■ W3C（The World Wide Web Consortium) ・ World Wide Webで使用される各種技術の標準化を推進する非営利団体 ■ OMG(Object Management Group) ・ 分散オブジェクト指向システムの標準化を推進する業界団体 ■ （社）電波産業会（Association of Radio Industries and Businesses） ・ 日本の携帯電話やデジタル放送に関する標準規格策定を行っている業界 団体 ■ （社）情報通信技術委員会（The Telecommunication Technology Committee） ・ 情報通信ネットワークに係る日本国内標準を作成している業界団体 13
- 14. 2.1 特定分野における標準化団体 ■ The Khronos Group, Inc ・ さまざまなプラットフォームやデバイス上で、ダイナミックなメディア・オーサリング/ プレイバックを可能とする、オープンな業界標準APIの策定を行う非営利団体 ・ OpenGL, OpenCL, OpenGL ES, OpenGL SC, EGL, COLLADA, WebGL, OpenKODE, OpenVG, OpenMAX, OpenSL ES, OpenWF等の仕様を策定 ■ T-Engineフォーラム ・ 次世代組込みOSの仕様策定・研究・開発等 ・ uCodeの仕様策定・研究・開発等 ■ TOPPERSプロジェクト ・ 次世代組込みOSの仕様策定・研究・開発等 ■ Willow Garage社 ・ ROS（ ROS（Robot Operating System） System） ■ （独）産業技術総合研究所 ・ RTM（ RTM（Robot Technology Middleware） Middleware） 14
- 15. 2.2 ロボット技術に関する動向 ■ RTミドルウェアがOMGで承認 ・ RTコンポーネントのオブジェクトモデル仕様が、2007年9月にOMG Robotic Technology Component Specificationとして正式にOMGの標準規格となった ・ OpenRTM-aistはこのOMG RTC Specificationに準拠したソフトウエア ■ 「ロボットの世界的リーダー目指す米国」（ ウォール・ストリート・ジャー ナル日本版2010年11月5日） ・ http://jp.wsj.com/IT/node_144601# ・ 米航空宇宙局（NASA）による「Robonaut 2」（R2） ・ 米行政予算管理局（OMB）と米科学技術政策室（OSTP）は、2012年度にオバマ政 権が重点的に予算を振り向ける戦略的研究開発分野の一つとして「ロボット」を特 定 ・ 米政府による「RTD2（Robotics Technology Development and Deployment）」計画 ・ 米国立衛生研究所（NIH）、米科学財団（NSF）、国防省傘下の国防高等研究計画 局（DARPA）、国土安全保障省（DHS）、農務省（USDA）の5省庁が連携 ・ 「From Internet to Robotics（インターネットからロボットへ）」 15
- 16. 2.2 ロボット技術に関する動向 ■ 「日本の組み込み技術を世界一にするために」（日経エレクトロニクス 2011年6月13日号） ・ 欧州と米国で組み込みソフトウェア技術に関連する国家プロジェクトが進行中 ・ 2004年、EUがARTEMIS(Advanced Research & Technology for Embedded Intelligence and Systems)プロジェクトを開始 ・ 2006年、米NSF(National Science Foundation)がCPS(Cyber Physical Systems)プロ ジェクトを開始 ・ 日本はどうすべきか？ ■ 【ET West】トヨタ自動車、自動車やサービス・ロボットの安全規格を OMGで提言へ（Tech On、2011年6月17日） ・ 自動車やサービス・ロボットなど消費者が直接接触するタイプの機械製品の安全規 格について、ソフトウエア関連の標準化団体であるOMGでの標準化を目指すことを 明らかに ・ 標準化活動の開始を呼びかけ 16
- 17. 2.3 ロボット技術における現状の取り組み ■ 世界中で数々のプロジェクトが同時進行 ■ （独）産業技術総合研究所によるRTM（Robot Technology Middleware） http://www.openrtm.org/ 注目！ ■ 米国Willow Garage社によるROS(Robot Operating System) http://www.willowgarage.com/pages/software/ros-platform ■ Player http://playerstage.sourceforge.net/ ■ YARP http://eris.liralab.it/yarp/ ■ Orocos http://www.orocos.org/ ■ Carmen http://carmen.sourceforge.net/ ■ Orca http://orca-robotics.sourceforge.net/ ■ MOOS http://www.robots.ox.ac.uk/~mobile/MOOS/wiki/pmwiki.php ■ Microsoft Robotics Developer Studio http://msdn.microsoft.com/en-us/robotics/default.aspx 17
- 18. RTミドルウェアの特徴 2.4 RTミドルウェアの特徴 ■ RTミドルウェアとは、コンポーネントの組み合わせでロボットを開発する、ソフトウェアプ ラットフォームの総称 ■ コンポーネントとは、ロボットの機能要素の単位。共通化されたインターフェースを持つ ■ 産総研RTミドルウェアプロジェクトが、コンポーネント間の通信規格 コンポーネント間の通信規格を策定 コンポーネント間の通信規格 ■ 実装例：OpenRTM-aist、OpenRTM.NET、OROCOS、Gostai-RTC、RTC-Liteなど 共通化された インターフェース： ポート 電圧データの通信 RTミドルウェアによるRTシステムインテグレーション http://openrtm.org/openrtm/ja/content/ より引用 位置データの通信 http://www.openrtm.org/openrtm/ja/content/rtコンポーネントアーキテクチャ より一部改変して引用 18
- 19. ROSの特徴 2.5 ROSの特徴 ■ ROSとは、Nodeの組み合わせでロボットを開発するためのミドルウェア実装の名称 ■ よく使われる組込み関数、ノード間の通信、パッケージ管理などの機能を提供する ■ RTMのような、ノード同士の接続はおこなわないおこなわない ■ NodeはServiceやTopicを提供する。各Nodeは必要に応じてTopicをSubscribeする。 ■ 米国 Willow Garage 社が、主に研究・開発・管理 ROS カメラ画像 ドア開閉 Topic Service Reply Publish Subscribe Subscribe Request カメラNode 車輪Node 脚Node ドアサービスNode Node 19
- 20. RTミドルウェアと ミドルウェアとROS 2.6 RTミドルウェアとROS RTミドルウェア RTミドルウェア ROS オブジェクトの通信規格 名称の範囲 実装されたミドルウェアの名称 （OMGが管理）の総称 目的 分散システム開発支援、コードの再利用促進 機能の単位 コンポーネント ノード Linux、FreeBSD、Windows、 Mac 対応OS Linux OS X、TOPPERS ASP 対応言語 C++、Java、Python C++、Java、Python 開発ツール GUIツールが主 CUIツールが主 TopicのPublishとSubscribe, システムインテグレーション方法 コンポーネント上のポートの接続 ServiceのRequestとReply 20
- 21. RTミドルウェアと ミドルウェアとROS 2.6 RTミドルウェアとROS RTミドルウェア RTミドルウェア ROS ノードの状態管理は実装依存、 世界標準としての普及 言語毎にコーディングスタイル が異なる 開発環境によって開発言語が制約を受ける場合がある 課題 開発言語によって開発環境が制約を受ける場合がある 同じ種類・用途のセンサーでもチャンネル数などが統一されていな い アクチュエーター（モーターなど）も同様 A/D、D/Aのビット数もハードウェアに依存し、標準化されていない →非競争領域で苦労することが多い 21
- 23. Groupによる によるOpenGL(Graphics Libraries)の例 3.1 Khronos GroupによるOpenGL(Graphics Libraries)の例 ■ Open GLでは、glxxx()のようなインターフェースを定義し、描画処理に おけるクロスアーキテクチャおよびクロスプラットフォームへの対応を 実現 ■ グラフィックスプロセッサ、OS、言語の違いを吸収 ■ 組み込み用途には、サブセット版のOpen GL ES(Embedded Systems) を策定 ■ ゲームアプリケーションの例 ・ Open GL ESを利用するアプリケーションはクロスプラットフォームで動作可能 互換 互換 互換 互換 互換 Game Game Game Game Game Game Open GL ES Open GL ES Open GL ES Open GL Open GL ES Open GL ES PSP PS3 3DS PC Android iPhone 23
- 24. 3.2 仮説 ソフトウェア部品の組み合わせ 時に問題が発生しないように、 実装するための仕様 が定義できたら 多種多様なハードウェア（セ OpenGLのような ンサー、モーター等）に近い 使いやすさ 共通レイヤー があったら があったら OpenEL (Embedded Libraries) for Robot デバイスドライバをはじめ既存のソフトウェアを異な 異なるハードウェア上のLEDを点灯させたり、モー で解決！ るシステムに移植するにはかなりの工数が必要 ターを動作させるだけで、何日も費やすこともあった だったのが短期間で可能に！ のが解決！ プログラム プログラム プログラム プログラム （モーター制御、 互換 （モーター制御、 （センサー制御、 互換 （センサー制御、 制御アルゴリズム、 制御アルゴリズム、 解析アルゴリズム、 解析アルゴリズム、 アプリケーション等） アプリケーション等） アプリケーション等） アプリケーション等） Open EL Open EL Open EL Open EL A社のモーター B社のモーター C社のセンサー D社のセンサー 異なるメーカーのモーターでも 異なるメーカーのセンサーでも入力や 制御方法の違い等を吸収 入力値の解析方法の違い等を吸収 24
- 25. 3.3.1 Open ELとRTMとの関係およびOpen EL導入のメリット ELとRTMとの関係および との関係およびOpen EL導入のメリット ■ 低いレイヤーで標準化することにより、ロジックの互換を実現 ■ 組み合わせ時の動作を保証 RTコンポーネント RTコンポーネント RTコンポーネント RTコンポーネント フレームワーク フレームワーク フレームワーク フレームワーク プログラム プログラム プログラム プログラム 互換 互換 （モーター制御、 （モーター制御、 （センサー制御、 （センサー制御、 制御アルゴリズム、 制御アルゴリズム、 解析アルゴリズム、 解析アルゴリズム、 アプリケーション等） アプリケーション等） アプリケーション等） アプリケーション等） Open EL Open EL Open EL Open EL A社のモーター B社のモーター C社のセンサー C社のセンサー RTコンポーネント RTコンポーネント RTコンポーネント RTコンポーネント フレームワーク フレームワーク フレームワーク フレームワーク プログラム プログラム プログラム プログラム （モーター制御、 （モーター制御、 （センサー制御、 （センサー制御、 制御アルゴリズム、 制御アルゴリズム、 解析アルゴリズム、 解析アルゴリズム、 アプリケーション等） アプリケーション等） アプリケーション等） アプリケーション等） Open EL Open EL Open EL Open EL A社のモーター B社のモーター C社のセンサー C社のセンサー コンポーネントの組み合わせ時の動作を保証！ RTコンポーネントの組み合わせ時の動作を保証！ 25
- 26. 3.3.2 APIの例（C言語の場合） APIの例（C の例（ ■ elLedOn(0xF)・・・4つのLEDを点灯 ■ elLedOff(0x8)・・・1つのLEDを消灯 ■ elLedBlink(0x1, 2000)・・・一番端のLEDを2秒間隔で点滅 ■ elMotorPowerOn・・・電源ON ■ elMotorPowerOff・・・電源OFF ■ elMotorSetSpeed(240)・・・回転速度の設定 ■ elMotorSetDirection()・・・回転方向の指定 ■ elMotorRotate()・・・指定した方向、角度だけ回転 26
- 27. コードの例（C 3.3.3 コードの例（C言語の場合） #include<openel.h openel.h> openel.h int main(void) { while(1) { elLedOn(0x1); sleep(1); elLedOff(0x1); sleep(1); } return 0; } 27
- 28. Robotのビジョン 3.4 OpenEL for Robotのビジョン 移植作業工数 の削減 →コスト削減 ビジョン すり合わせ型 から組み合わ 制御システム 再利用性の向 上 せ型へ のソフトウェア →品質向上 →生産性向上 の実装仕様を 標準化 組込みソフト ウェア産業の 活性化 28
- 29. Robotの概要 3.5 OpenEL for Robotの概要 ■ OpenEL for Robotは、センサー入力やモーターへの出力等、機器制 御のためのAPIを標準化し、ソフトウェアの移植性、再利用性、生産性 を向上するための仕組みである。 OpenELレイヤーにより、使用するデバイスに変更 RTコンポーネント が生じても上位レイヤーは設計変更不要！ RTミドルウェア elMotorPowerOn(), elMotorSetAngle(), elMotorPowerOff(), elMotorSetSpeed() 等のAPI 通信 OpenELのレイヤーでセンサーやモーターなどの ミドルウェア OpenEL デバイスの違いを吸収 OS デバイスベンダーまたは受託会社が実装 Hardware センサーA センサーB モーターA モーターB 29
- 30. Robotのロードマップ 3.6 OpenEL for Robotのロードマップ 製品安全、モデルベース開発、形式手法等JASAの複数の委員会が連携 自動車業界や 電機メーカーと協業 （社）ロボット学会や （社）ロボット工業会と協業 OpenEL for （独）産業技術研究所、 （地独）東京都立産業技術 xxx 研究センター、 OpenEL for 自動車、家電等 首都大学東京、 各種産業機器に Robot 1.0 名古屋工業大学等と協業 対応 産業用ロボット、 新規委員の募集 各種制御システム OpenEL for に対応 Robot 0.1 ETロボコンの走行 体NXTに対応 大学・研究機関、 デバイスベンダー、 自動車業界、 JASA会員間で評価 ロボットメーカー等で評価 電機メーカー等で評価 2011/11 2012/3 2013/3 2014/3 30
- 31. 参考資料：コンピュータ・通信分野における標準化団体 ■ 国際的な団体 ・ ISO（International Organization for Standardization：国際標準化機構） ・ IEC（International Electrotechnical Commission：国際電気会議） ・ ITU（International Telecommunication Union：国際電気通信機構） ・ IEEE（The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc：電気電子学会) ■ 各地域の団体 ・ CEN（European Committee for Standardization：欧州標準化委員会） ・ Ecma International（元欧州電子計算機工業会） ・ ETSI（European Telecommunications Standards Institute：欧州電気通信標準化機 構） ■ 各国内の団体 ・ ANSI（American National Standards Institute：米国規格協会） ・ NIST（National Institute of Standards and Technology：米国国立標準技術研究所） ・ CEA（Consumer Electronics Association：全米家電教会） ・ DIN（Deutsches Institut für Normung：ドイツ規格協会） ・ BSI（British Standards Institution：英国規格協会） ・ JSA（Japanese Standards Association：日本規格協会） 31
- 32. ご清聴ありがとうございました。 JASAへのご入会、プラットフォーム研究会およびロボット JASAへのご入会、プラットフォーム研究会およびロボット WGへのご参加、 へのご参加、OpenEL Robotに関するお問い合わせ WGへのご参加、OpenEL for Robotに関するお問い合わせ は、下記までお願いいたします。 （社）組込みシステム技術協会 本部事務局 〒103-0007 東京都中央区日本橋浜町1-8-12 東京実業厚生年金会館8Ｆ TEL : 03-5821-7973 FAX : 03-5821-0444 E-mail : jasainfo@jasa.or.jp 32