Desarrollo de software para robots de servicio : un enfoque dirigido por modelos y orientado a componentes

Abstract

[SPA] Esta Tesis Doctoral continúa la línea de investigación en el desarrollo de sistemas robóticos teleoperados iniciada por el grupo de investigación DSIE de la Universidad Politécnica de Cartagena hace diez años, y parte de los resultados de otra Tesis anterior, en la que se desarrolló una arquitectura de referencia para el control de robots de servicio teleoperados denominada ACRoSeT. ACRoSeT propone una serie de componentes independientes de la plataforma de ejecución para diseñar la aplicación de control de un robot. Esta independencia permite reutilizar componentes en distintas aplicaciones y traducir un mismo diseño a distintos lenguajes de programación o utilizar diferentes frameworks robóticos. ACRoSeT, sin embargo, no proporciona ninguna guía para realizar la traducción de los componentes abstractos que forman la aplicación de control a código ejecutable. Esta Tesis Doctoral completa el enfoque propuesto por ACRoSeT utilizando el novedoso desarrollo dirigido por modelos (Model-Driven Engineering, MDE) para (1) proponer una solución a la ambigüedad semántica y de implementación de algunos de los conceptos propuestos por ACRoSeT; (2) proporcionar una serie de herramientas para aumentar el nivel de abstracción del desarrollador; (3) cambiar el proceso de traducción manual de los componentes abstractos a código ejecutable por un proceso (semi-) automático que elimine errores en la implementación final y (4) permitir que el proceso de traducción pueda ser extendido a diversos lenguajes de programación e incluso frameworks robóticos. Para lograr estos objetivos se ha desarrollado (1) un meta-modelo de componentes,denominado V3Studio, que contiene los conceptos del dominio de la robótica definidos por ACRoSeT; (2) una transformación entre V3Studio y UML que permite reducir la distancia semántica entre el diseño realizado y la implementación final,facilitando de este modo el desarrollo posterior de distintas implementaciones en otros lenguajes de programación y (3) una traducción entre el modelo UML y código, en este caso, Ada 2005. Como demostración de la viabilidad del enfoque,esta Tesis Doctoral incluye el desarrollo del sistema de control de una mesa cartesiana, realizado en el proyecto del VI Programa Marco Europeo EFTCoR.

[ENG] This Thesis continues the research line in the development of teleoperated robotic systems initiated by the DSIE research group of the Technical University of Cartagena ten years ago and starts from the results of a previous Thesis, in which a reference architecture for teleoperated robotic systems, called ACRoSeT, was designed. ACRoSeT proposes a series of platform independent components for designing the software control architecture of a robot. This independence allows not only the reuse of these components among different applications but also the translation to different programming languages or using different robotic frameworks. But ACRoSeT does not offer any guide regarding the software implementation of the concepts it defines. The present Thesis completes the design of ACRoSeT using the newly Model-Driven Engineering (MDE) paradigm to (1) propose a solution to the semantic and implementation ambiguity of some of the concepts defined by ACRoSeT; (2) raise the level of abstraction used by the developer to design the software architecture of a robot using the concepts defined by ACRoSeT; (3) change the error-prone process of manual translation from the abstract ACRoSeT components to executable code by a (semi-) automatic process that erases this source of errors from the final implementation; and (4) allow different implementations in different programming languages and even robotic frameworks. To achieve these objectives, this Thesis proposes (1) a component meta-model, called V3Studio, that contains all the concepts of the robotics domain defined by ACRoSeT; (2) a model to model transformation between V3Studio and UML that reduces the semantic distance between the component model and the final code implementation, and that also eases the development of different transformations to different implementation languages; and (3) a model to text Transformation to translate the UML model to the Ada 2005 programming language. To demonstrate the viability of the proposed approach, this Thesis includes the development of the control system of a XYZ cartesian robot, designed in the context of the VI European Growth Programm EFTCoR.