Extending Behavior Trees for Robotic Missions with Quality Requirements

要約

コンテキストと動機：近年、行動ツリーは、ロボット工学ミッションを形成するさまざまなタスクの仕様と制御スイッチングメカニズムとして、ロボットコミュニティ内で関心が高まっています。
問題：ロボットシステムの複雑さと有病率の高まりを考えると、実践者が潜在的な障害を検討したり、安全リスクを軽減するために、特定の品質を満たす高品質のミッションを設計することはますます困難で重要です。
ソフトウェア要件のエンジニアリングでは、品質または非機能的要件がシステムの成功の重要な要因として長い間認識されてきました。
現在、性質は動作ツリーモデルでは表されておらず、ロボットミッションをキャプチャするため、異なるミッションコンポーネントがそれらの品質にどの程度準拠しているかを評価することが困難です。
主要なアイデア：この論文では、ロボットミッションで明示的に表現される品質と品質要件を持つ行動ツリーの拡張機能を提案します。
拡張機能にメタモデルを提供し、ドメイン固有の言語（DSL）を開発し、行動ツリーを開発するためにロボット工学で最も使用されている言語の1つであるBehaviorTree.cppにDSLを統合した方法を説明します。
実装されたDSLの予備評価は、私たちのアプローチの実現可能性と同様のDSLの必要性について有望な結果を示しています。
貢献：私たちのアプローチは、ロボットミッションの動作モデルに品質を組み込む方法を舗装します。
これにより、ロボットミッションの品質の早期表現、ミッションコンポーネントのより良い概要と、品質の懸念の満足度への貢献が促進されます。

要約(オリジナル)

Context and motivation: In recent years, behavior trees have gained growing interest within the robotics community as a specification and control switching mechanism for the different tasks that form a robotics mission. Problem: Given the rising complexity and prevalence of robotic systems, it is increasingly challenging and important for practitioners to design high-quality missions that meet certain qualities, for instance, to consider potential failures or mitigate safety risks. In software requirements engineering, quality or non-functional requirements have long been recognized as a key factor in system success. Currently, qualities are not represented in behavior tree models, which capture a robotic mission, making it difficult to assess the extent to which different mission components comply with those qualities. Principal ideas: In this paper, we propose an extension for behavior trees to have qualities and quality requirements explicitly represented in robotics missions. We provide a meta-model for the extension, develop a domain-specific language (DSL), and describe how we integrated our DSL in one of the most used languages in robotics for developing behavior trees, BehaviorTree.CPP. A preliminary evaluation of the implemented DSL shows promising results for the feasibility of our approach and the need for similar DSLs. Contribution: Our approach paves the way for incorporating qualities into the behavior model of robotics missions. This promotes early expression of qualities in robotics missions, and a better overview of missions components and their contribution to the satisfaction of quality concerns.

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