Modelling of data flow in component-based robot perception systems

eng Article in English DOI:

Piotr Trojanek, Maciej Stefańczyk, send Tomasz Kornuta Institute of Control and Computation Engineering, Warsaw University of Technology

Download Article

Abstract

The paper presents results of research on the development of robot perception systems. On the basis of the selected exemplary system, typical problems occurring during design of such systems were indicated. Those problems motivated the work set out to formalize the data flow by the use of metamodelling - the key technology of model-driven engineering. The obtained metamodel facilitates development of such systems and enables further creation of tools for models' editing, validation and automatic generation of relevant source code skeletons. Additionally, requirements for a robot perception systems runtime environment were identified and compared with existing component-based robot software frameworks.

Keywords

component-based systems, control system, data flow, metamodel, model-driven engineering, perception, robot

Modelowanie przepływu danych w komponentowych układach percepcji robotów

Streszczenie

W artykule przedstawiono wyniki prac poświęconych budowie układów percepcji systemów robotycznych. Na podstawie wybranego przykładu złożonego systemu percepcji wyróżniono typowe problemy występujące podczas projektowania takich systemów. W celu ich rozwiązania dokonano formalizacji modelu przepływu danych przy użyciu metamodelu – kluczowego elementu w inżynierii opartej na modelach. Opracowany metamodel ułatwia rozwój takich systemów oraz umożliwia stworzenie graficznych narzędzi do edycji modeli konkretnych systemów percepcji, ich walidacji, a ostatecznie do automatycznego generowania szkieletów kodu. Ponadto, zidentyfikowano wymagania odnośnie środowiska wykonawczego omawianej klasy układów oraz porównano je z istniejącymi ramowymi strukturami programowymi opartymi na podejściu komponentowym.

Słowa kluczowe

inżynieria oparta na modelach, metamodel, percepcja, przepływ danych, robot, systemy komponentowe, układ sterowania

Bibliography

  1. Stefanczyk M., Kasprzak W., Multimodal segmentation of dense depth maps and associated color information, [in:] Bolc L., Tadeusiewicz R., Chmielewski L., Wojciechowski K. (eds.), Proceedings of the International Conference on Computer Vision and Graphics, Springer Berlin/Heidelberg, 2012, 626-632.
  2. Szyperski C., Component Software - Beyond Object-Oriented Programming, Addison-Wesley and ACM Press, 1998.
  3. Schmidt D., Model-driven engineering, ”IEEE Computer”, Vol. 39, No. 2, 2006, 25-31.
  4. Karsai G., Sztipanovits J., Ledeczi A., Bapty T., Model-integrated development of embedded software, ”Proceedings of the IEEE”, Vol. 91, No. 1, 2003, 145-164.
  5. Kelly S., Tolvanen J.-P., Domain-Specific Modeling: Enabling full code generation, Wiley-IEEE Computer Society Press, 2008.
  6. Kleppe A., Software Language Engineering: Creating Domain-Specific Languages Using Metamodels, Addison-Wesley, 2009.
  7. Kleppe A., Warmer J., Bast W., MDA Explained: The Model Driven ArchitectureTM: Practice and Promise, Addison-Wesley Professional, 2003.
  8. B´ezivin J., On the Unification Power of Models, ”Software and Systems Modeling”, Vol. 4, No. 2, 2005, 171-188.
  9. Cook S., Jones G., Kent S., Wills A.C., Domain-Specific Development with Visual Studio DSL Tools, Addison-Wesley Professional, 2007.
  10. Steinberg D., Budinsky F., Paternostro M., Merks E., EMF: Eclipse Modeling Framework, Addison-Wesley Professional, 2nd edition, 2009.
  11. Gronback R.C., Eclipse Modeling Project: A Domain-Specific Language (DSL) Toolkit, Addison-Wesley Professional,2009.
  12. Warmer J., Kleppe A., The Object Constraint Language: Getting Your Models Ready for MDA, Addison-Wesley Longman Publishing Co., Inc. Boston, MA, USA, 2003.
  13. Kornuta T., Stefanczyk M., DisCODe: komponentowa struktura ramowa do przetwarzania danych sensorycznych, ”Pomiary Automatyka Robotyka”, 7-8/2012, 76-85.
  14. Szyperski C., Gruntz D., Murer S., Component Software: Beyond Object-Oriented Programming, Addison-Wesley Professional, 2nd edition, 2002.
  15. Sobel J.M., Friedman D.P., An Introduction to Reflection-Oriented Programming, 1996.
  16. Alexandrescu A., Modern C++ Design: Generic Programming and Design Patterns Applied, Addison-Wesley Professional, 2001.
  17. Quigley M., Gerkey B., Conley K., Faust J., Foote T., Leibs J., Berger E., Wheeler R., Ng A., ROS: an open-source Robot Operating System, [in:] Proceedings of the Open-Source Software workshop at the International Conference on Robotics and Automation (ICRA), 2009.
  18. Bruyninckx H., The Real-Time Motion Control Core of the OROCOS Project, [in:] Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), 2003, 2766-2771.