Reconfigurable ROS-based Resilient Reasoning Robotic Cooperating Systems (R5-COP)

Az európai gyártóiparnak szembe kell néznie a terméktípusok növekvő számával, elsősorban a gyakori innováció, a rövid termék életciklusok és a kis sorozatok miatt. Mindezek mellett folyamatos igény a termelési költségek csökkentése. Ezeket a trendeket az átkonfigurálható és újrafelhasználható robotokat alkalmazó gyártásautomatizálás képes kiszolgálni. A könnyű adaptálás és újrafelhasználás céljával jelenleg még kevés robot rendszert és komponenst terveznek. Ennek a hiányosságnak a kezelése érdekében az R5-COP nemzetközi projekt a moduláris és átkonfigurálható robot rendszerekre fókuszált.

Kedvezményezett neve: Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Projekt címe: Átkonfigurálható ROS-alapú rugalmas és intelligens kooperatív robot rendszerek Nemzeti támogatás összege: 148,315 millió Ft Támogatás mértéke: 83,3% Projekt időtartama: 2014 február - 2017 január Projekt azonosító száma: NEMZ_12-1-2014-0003

A projekt áttekintése

A hardver és szoftver komponensek meglévő, illetve újonnan kifejlesztett formális modellezési módszereire alapozva az R5-COP eredményei támogatják a modell alapú tervezést, fejlesztést, verifikációt, validációt és gyors üzembe helyezést. Ezen kívül a meglévő interfész és köztesréteg szabványokra, elsősorban a Robot Operating System-re (ROS) alapozva az R5-COP elősegíti a különböző beszállítóktól származó komponensek integrációját. A javasolt moduláris megközelítés nemcsak rugalmasabb, mint a jelenleg elérhető megoldások, hanem a tervezés, beállítás és karbantartás költségeit is csökkenti.

A robotok rugalmas felhasználása természetesen az emberekkel való együttműködést is magába foglalhatja. Ezért a robusztusság és biztonságosság olyan alapkövetelmények, amelyek teljesítésének ellenőrzése dedikált verifikációs és validációs módszereket igényelt. A kidolgozott formális specifikációs és modellezési keretrendszer támogatja a komponens gyártókat a modulok ellenőrzésében és tanúsításában.

Az R5-COP ezen kívül segíti átkonfigurálható hardver és szoftver komponensek fejlesztését, valamint ezek használhatóságát és képességeit úgynevezett élő laboratóriumokban mutatja be gyártó és szolgáltató robotok esetén.

Az R5-COP nemzetközi projekt konzorcium résztvevői között megtalálhatók a technológiai támogatást adó kutatóintézetek és egyetemek, valamint az alkalmazásokat biztosító fejlesztő és komponensszállító cégek is.

A BME-n folyó kutatás és fejlesztés célja az átkonfigurálható robot rendszerek kialakításának támogatása volt a szenzor specifikálás és modellezés, az intelligens tanulás és következtetés. a modellalapú tervezés és konfigurálás, valamint a futásidejű verifikáció és inkrementális tesztelés új módszereinek kidolgozásával.

A célkitűzéseknek megfelelően a BME új módszereket dolgozott ki átkonfigurálható robot rendszerek specifikálásának, tervezésének, konfigurálásának, verifikációjának és validációjának támogatására. Az új eredmények demonstrálása ipari, háztartási és logisztikai robot alkalmazásokban történt.

A BME főbb eredményei

• Szenzor virtualizációs technikák elemzése beágyazott felhasználáshoz. Szemantikus technikák kidolgozása általános szoftverinterfészek kialakításához. Szenzorcsoportok létrehozása specifikáció alapján az interoperabilitás támogatására.
• Szenzorfúziós módszerek elemzése. Megfigyelés robusztusságának vizsgálata.
• Kontrollált természetes nyelvi és agyi interfészek state-of-the-art értékelése. Kontrollált természetes nyelvi minta-alkalmazás kidolgozása.
• Általános tervkészítési és következtetési architektúra funkcionális specifikációja, rendszerterve és alkalmazása konkrét robot rendszer esetére. Tervkészítési és következtetési tudásbázis specifikálása és fejlesztése.
• Tervezési konfliktusok elemzése és konfliktus-feloldó módszerek kidolgozása kooperatív kommunikációs technikákkal. Nyelvi megoldások és protokollok alkalmazása robot rendszerekben azonosított konfliktusok feloldására.
• Robot képességek ontológia alapú reprezentációját támogató módszertan kidolgozása. Robot képességmodellek definiálása. Robot konfigurációk generálását támogató eszköz fejlesztése.
• Futásidejű verifikáció megvalósítása szoftver monitor komponensek automatikus szintézisével (forráskód generátor eszközzel), a biztonsági követelmények magas szintű leírása alapján.
• Inkrementális viselkedés-tesztelés támogatása: teszt kiválasztásra alkalmas eszköz kifejlesztése átkonfigurálás vagy új alkalmazási környezet esetén szükséges újrateszteléshez.
• Tudományos publikációk készítése. Az új eredmények integrálása a BME Villamosmérnöki és Informatikai Kar alap-, mester- és doktorandusz képzésének tárgyaiba. Sikeresen védett PhD disszertáció ágensalapú információbeszerzés és megosztás témában.

Az eredmények innovatív tartalma

• A robot komponensek és interfészek kiegészítése szemantikus információkkal a problémamentes integráció érdekében. A komponensekre és interfészekre vonatkozó követelmények és tulajdonságok leírása ontológiák segítségével.
• Újszerű szenzor rendszerek és ember-gép interfészek kialakítása.
• Tudásbázis valamint következtető és tanuló architektúra kialakítása intelligens robotokhoz.
• Teszt optimalizálás átkonfigurálható rendszerek esetén a meglévő tesztek szisztematikus újrafelhasználásával és kiterjesztésével: modell alapú technikák kidolgozása a követelmények, a környezet és a robot konfiguráció változásának elemzésére és ez alapján a releváns tesztek meghatározására.
• Futásidőbeli verifikáció átkonfigurálható és adaptív robot rendszerek esetén az interakciók, a környezeti feltételek és a komponens együttműködések ellenőrzésével, figyelembe véve a viselkedés időzítési követelményeit is.