ROS-related Robotic Systems Development with V-model-based Application of MeROS Metamodel

要約

ロボットシステムがますます複雑になり、不均一で、安全性が高くなるにつれて、構造化された開発方法論の必要性が最も重要になります。
ロボットオペレーティングシステム（ROS）やモデルベースのシステムエンジニアリング（MBSE）などのフレームワークは、基礎ツールを提供しますが、一緒に使用すると統合が不足していることがよくあります。
このペーパーでは、ROSベースのシステムに合わせて調整されたMerosメタモデルSYSMLベースのモデリング言語と広く認識されているVモデル開発パラダイムを整列させることにより、そのギャップに対処します。
ROS中心のモデリングをシステムエンジニアリングの実践に橋渡しするドメイン固有の方法論を提案します。
私たちのアプローチは、Merosを使用してロボットシステムの構造、動作、および検証プロセスを形式化し、ROSとROS 2の両方と互換性のある一般化された適応可能なVモデルで拡張します。固定手順を処方するのではなく、このアプローチはプロジェクト固有の柔軟性と再利用をサポートし、開発のすべての段階にわたってガイダンスを提供します。
このアプローチは、マニピュレーター、モバイルユニット、動的テスト環境で構成される異種のマルチロボットプラットフォームであるHerosに関する包括的なケーススタディを通じて検証されます。
この例は、Meros互換のVモデルが、将来の適応のためにアクセスしやすく拡張可能なままでありながら、トレーサビリティとシステムの一貫性をどのように強化するかを示しています。
この作業は、ROSベースのプロジェクトでMBSEプラクティスを適用しようとしている開発者と研究者のための構造化されたツールに依存しない基盤に貢献しています。

要約(オリジナル)

As robotic systems grow increasingly complex, heterogeneous, and safety-critical, the need for structured development methodologies becomes paramount. Although frameworks like the Robot Operating System (ROS) and Model-Based Systems Engineering (MBSE) offer foundational tools, they often lack integration when used together. This paper addresses that gap by aligning the widely recognized V-model development paradigm with the MeROS metamodel SysML-based modeling language tailored for ROS-based systems. We propose a domain-specific methodology that bridges ROS-centric modelling with systems engineering practices. Our approach formalises the structure, behaviour, and validation processes of robotic systems using MeROS, while extending it with a generalized, adaptable V-model compatible with both ROS and ROS 2. Rather than prescribing a fixed procedure, the approach supports project-specific flexibility and reuse, offering guidance across all stages of development. The approach is validated through a comprehensive case study on HeROS, a heterogeneous multi-robot platform comprising manipulators, mobile units, and dynamic test environments. This example illustrates how the MeROS-compatible V-model enhances traceability and system consistency while remaining accessible and extensible for future adaptation. The work contributes a structured, tool-agnostic foundation for developers and researchers seeking to apply MBSE practices in ROS-based projects.

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