In this dissertation, a real-time robot software framework for controlling low-level robot devices named PODO is presented. To meet the demands of many users in the different robotic fields, PODO was developed with four philosophical goals: oriented to control and real-time, designed for collaborative development, optimized to embedded system, and expandable for both hardware and software. To achieve such goals, PODO was designed to have a set of multiple processes. It was also structured on the framework consisting of five hierarchical layers: End Devices, Device Process (Daemon), Shared Memory, User Processes (ALs), and External Processes. For a hard real-time with a bounded action delay, Daemon provides a real-time thread and controls End Devices; ALs are synchronized with Daemon through Shared Memory. The Shared Memory possesses the data mapping hardware configurations, which enclose details of controlling the low-level robot devices so the users do not need to understand a way how Daemon controls the robot devices. The ALs can be used by multiple users in order to generate the motion references, and External Processes can be used as a medium of other robot software such as OPRoS and ROS in order to be expandable. Actually, in this dissertation,ROS and PODO are integrated, and SLAM and Navigation are demonstrated as an example. It also shows that Gazebo, a dynamics simulator, replaces the robot platform, and the PODO-ROS-Gazebo system is introduced. The real-time performance of PODO was verified by means of acquiring an accurate clock time of the system. The experiment shows that the time for synchronization is bounded within a certain time range. Other features in PODO were also verified through many practical applications. The results show that PODO can be a good candidate for a standard as the robot software platform for controlling the robot devices.
본 논문에서는 저수준 로봇 디바이스를 제어하기 위한 실시간 로봇 소프트웨어 프레임워크인 PODO 에 대한 연구를 수행하였다. 사용자들의 요구에 맞추기 위해 PODO 는 실시간 제어를 지향하고, 협업이 가능하며, 임베디드 시스템에 최적화되고, 하드웨어와 소프트웨어의 확장성을 지녀야 한다는 4 가지의 철학적 목표를 가지고 개발되었다. 이러한 목표 하에 PODO 는 복수의 프로세스를 지니고 5 층의 계층적 구조를 가지는 소프트웨어 아키텍처로 고안되었고, 각 계층들은, End De-vices, Device Process (Daemon), Shared Memory, User Processes (ALs), 그리고 External Processes 이다. 액션의 지연이 경계를 가지는 경성 실시간 제어를 위해서 Daemon 은 실시간 쓰레드를 제공하고 End Devices 를 제어한다. 이때 AL 들은 Shared Memory 를 통해서 Daemon 의 실시간 쓰레드에 동기화 된다. 이 Shared Memory 는 로봇 디바이스들의 하드웨어 맵핑 데이터를 포함하고 있어, 사용자들이 Daemon 이 어떻게 로봇 디바이스들을 제어하는지 알지 못해도 로봇을 제어할 수 있도록 한다. AL 들은 복수의 사용자들에 의해서 이용되고 각자의 모션 레퍼런스를 생성할 수 있고, External Process 를 통해 OPRoS 와 ROS 와 같은 다른 로봇 소프트웨어로 확장될 수도 있다. 실제로 본 논문에서는 ROS를 PODO 와 통합하여 SLAM 과 Navigation 과 같은 결과를 보인다. 또한 동역학 시뮬레이터인 Gazebo 가 로봇 플랫폼을 대신하여 PODO-ROS-Gazebo 시스템도 구현한다. PODO 의 실시간성에 대해서 시스템 클럭을 얻어 실험으로 증명하였고, 동기화에 걸리는 시간이 제안한 특정 영역 안에 존재함을 보였다. 다른 제안된 특성들은 PODO 의 다양한 사용자들에 의한 다양한 이용을 통해서 증명하였다. 이러한 결과들은 PODO 가 로봇 디바이스의 실시간 제어를 위한 표준 로봇 소프트웨어 플랫폼이 될 수 있음을 보여준다.
