URBI

URBI (Universal Real-time Behavior Interface - Универсальный Интерфейс Поведения Реального времени) - кросс-платформенная открытая программная платформа на C++, используемая для разработки приложений для робототехники и сложных систем. Urbi основывается на распределенной компонентной архитектуре UObject. Она также включает urbiscript - параллельный и событийный скриптовый язык. Компоненты UObject могут подключаться к urbiscript и появляются в нём, как родные объекты, которые можно использовать в сценариях для взаимодействия и обмена данными. Компоненты UObject могут быть связаны с интерпритатором urbiscript, либо работать, как автономный процесс в "удаленном" режиме.

urbiScript

Язык urbiscript разработывается с 2003 года Жан-Кристофом Бейли (Jean-Christophe Baillie) в когнитивной Лаборатория робототехники ENSTA в Париже. В настоящее время он активно развивается компанией Gostai, основаной в 2006 году.

Urbiscript - это скриптовый язык; как Lua в видеоиграх, urbiScript может использоваться для склеивания C++ компонентов в единую функциональную структуру; алгоритмы, требующие высокой производительности реализуются на C++, а взаимодействие и поведение системы описывается сценарим на скриптовом языке, что является более гибким и простым в обслуживании, а так же позволяет динамическое взаимодействие во время выполнения программы. Urbiscript также привносит некоторую полезную абстракцию для программистов: параллельность и программирования на основе событий в рамках семантики языка. Сценарии параллельного поведения и реакций на события, являются основными требованиями для большинства робототехнических приложений и приложений ИИ, поэтому urbiscript (и вся платформа Urbi) хорошо подходит для этих целей.

Основные возможности Urbi

• Параллельность и программирования на основе событий
• Прототипное программирование (Prototype-based programming)
• Синтаксис в стиле C++
• C++ архитектура компонентов (UObject) с возможностью линковки объектов или их удалённого запуска
• архитектура Клиент-Сервер
• Клиентские интерфейсы для Java и Matlab (Urbi SDK)
• Кросс-платфоменность: Linux, Mac, Windows и другие. Встраиваемый, URBI может работать на различных процессоров: x86, ARM, MIPS, PowerPC и т.д.
• теговые команды(Taggable commands) для контроля выполнения потока
• с мая 2010 года Urbi является продуктом с открытым исходным кодом (лицензия GNU AGPL v3) .
• Urbi может взаимодействовать с ROS от компании Willow Garage.
• Urbi может использоваться просто в качестве промежуточного слоя C++, без urbiscript. Однако, использование urbiscript требует изучения сравнительно нового языка, не столько с точки зрения синтаксиса (который, похож на С/C++), а в терминах параллельной /событийной парадигмы.
• Webots - профессиональный симулятор роботов, который может работать с Urbi, но он дорого стоит (990 € Pro, 190 € Edu).
• Программное обеспечение для визуального управления роботом Gostai Studio и Gostai Lab являются проприетарным и стоит дорого.

Примеры

примеры ниже показывают как реализуется на urbiscript цикл отслеживания мячика: headYaw/headPitch - объекты моторов головы, ball- объект для детектирования мячика (x и y лежат в диапазоне от -1/2 до 1/2):

whenever (ball.visible) 
{
    headYaw.val   += camera.xfov * ball.x
  &
    headPitch.val += camera.yfov * ball.y
};

whenever - используется для выполнения связанного кода в цикле до тех пор, пока условие истинно. "&" - используется для указания того, что обе команды должны начинаться в одно и то же время, выполняясь при этом параллельно.

Другая событийная конструкция: at - приводит в действие связанный код один раз, в случае, когда условие становится истинным:

at (speech.hear("hello"))
{
  voice.say("How are you?") &
  robot.standup();
}

Каждую команду или группу команд можно обозначить тегом, что дает возможность остановить этот код в случае необходимости:

myTag: 
  while(true)
    echo ("This is a never ending loop"),
at (button.pressed)
  myTag.stop;

В приведенном выше примере в конце команды стоит запятая - она обозначает выполнение предыдущей команды в фоновом режиме, позволяя программе выполняться далее, в частности, выполнения следующей команды at.

Архитектура компонентов UObject

Компонент архитектуры UObject, в настоящее время основывается на C++ библиотеке UObject, позволяя разработчикам взаимодействовать с любым C++ объектом в Urbi, предоставляя отображение выбранных методов и параметров в скриптовом языке (оставаясь при этом C++ кодом). Специальные оповещатели могут быть установлены на любой из атрибутов объекта для уведомления C++ кода о каких-либо изменениях этих атрибутов со стороны urbiscript/Urbi.

UObject использует шаблоны C++ для прозрачного отображения любого требуемого метода в механизм интерфейса, который берет на себя проверку типов.

C++ UObject может быть использован как в режиме плагина, если он непосредственно слинкован с ядром Urbi во время компиляции или в режиме динамической загрузки. В первом случае, объект C++ получает доступ к памяти ядра Urbi, в результате интеграции. Это обычно используется для критических ко времени компонентов, таких как двигатель или драйверы сенсоров. Тот же C++ UObject также может быть использован без изменений в качестве удаленного компонента. В этом случае он станет автономной программой, которая будет выполняться с IP-адресом сервера Urbi в качестве параметра. В обоих случаях, объект будет прозрачно появляются в urbiscript как его родной объект.

Существующие объекты UObject для роботов

• распознавания речи
• синтезирование голоса
• Распознавания лиц (в том числе, шлюз с OpenCV)
• SLAM
• распознавание цветов
• основанное на SIFT, распознавание объектов

Поддерживаемые симуляторы роботов: Webots (http://en.wikipedia.org/wiki/Webots)

Поддерживаемые роботы

• Segway
• Aibo ERS7/ERS2xx (Urbi 1.x only)
• iRobot Create
• Lego Mindstorms NXT
• HRP-2 (restricted release to members of JRL)
• Nao от Aldebaran
• Robotis Bioloid
• Mobile Robots Pioneer

Ссылки

• [1]
• gostai.com
• urbiforge.com
• Исследования URBI командой RoboCraft.ru