EusLispでロボットプログラミング

EusLispで
ロボットプログラミング
2015/10/4(日)
矢口　裕明
@hyaguchijsk

EusLisp?
● http://hara.jpn.com/_default/ja/Software/EusLisp.html
　より
– “電子技術総合研究所（現　産業技術総合研究所）松井
俊浩氏によって開発されたオブジェクト指向Lispの1
つ。その他のLispを基礎としたオブジェクト指向プロ
グラム言語（例えばCLOS ）と異なり、オブジェクト
指向を基礎とした Lisp ”システムである。
● 現在は情報システム工学研究室：JSKが管理．
– https://github.com/euslisp

EusLispはオープンソースである
● 誰でも使える！
– 最小限であれば，例えば
● sudo apt-get install ros-indigo-roseus
● しかし，チュートリアルがほとんどない．
– ようやく一部のドキュメントがメンテされ始めた
が，初心者向けのものはあまり無い．
● http://euslisp-docs.readthedocs.org/en/latest/
● つまり，誰でも使えるはずのソフトウェアでは
あるが，使い方が分かる人が限られていて，結
局誰もが使えるソフトウェアではない．

この発表の目的
● EusLispは誰でも使っていいものなので，誰で
も使えるようにしたい．
– 非常に効率的な開発環境だが，使い方がわからない
という理由からなかなか理解を得られない．これで
は開発してきたものも理解してもらえない．
● 特に，リファレンスマニュアルのような中級者
以上向け資料は整備されていても，肝心の初級
者向けがない．
– 初級者向けの教科書の必要性．
● http://euslisp-tutorial.readthedocs.org/ja/latest/

EusLispのここがすごい！
● ロボットプログラミングのための便利機能が充
実している．特に三次元幾何に関する機能はお
そらく世界一充実している．
– 三次元ビューワも標準でついている．
– 物体やロボットだけでなく環境情報も記述できる．
● インタプリタを用いてらくらくプロトタイピン
グ．
● ROS対応(roseus)．
● 多種のロボットに対応．

EusLisp対応ロボット
● HRP2, HRP4R, PR2, HiroNX, NextageOpen, Baxter,
Pepper, Nao, etc…
– しかもこれらのロボットのeusインタフェースは共通化され
ている．
– すべてのロボットがrobot-interfaceというクラスを継承して
いる．
● http://euslisp-docs.readthedocs.org/en/latest/pr2eus/robot-interface/
● https://github.com/jsk-ros-pkg/jsk_pr2eus/blob/master/pr2eus/robot-interfa
● これにより，一つのロボットが使えれば同じように別のロ
ボットを扱うことができる．あるロボット用に書いた行動
プログラムを他のロボットでも利用できる．

EusLispデモ(1)
● https://github.com/euslisp/jskeus
– roseus
– load “package://euslisp/jskeus/irteus/demo/demo.l”

EusLispデモ(2)
● モデルの一括生成デモ
– 大量のウインドウが出るので
注意
● https://github.com/euslisp/jskeus
● ロボットモデル
– (load
“package://euslisp/jskeus/eus/
models/irt-all-robots.l”) (make-
all-robots)
● 物体モデル
– (load
“package://euslisp/jskeus/eus/
models/irt-all-objects.l”)
(make-all-objects)
https://github.com/euslisp/jskeus/blob/master/images/irt-all-robots.png
https://github.com/euslisp/jskeus/blob/master/images/irt-all-objects.png

EusLispデモ(3)
● 部屋のモデルを生成
– http://euslisp-docs.readthedocs.org/en/latest/jskeus/jmanual/#_19
● scene-modelというクラスになってい
る．
– (load
“package://euslisp/jskeus/eus/models/ro
om73b2-scene.l”)
– (setq *room* (room73b2))
– (objects (list *room*))
● 部屋モデルが複数の物体モデルの集合
からなる．
– (send *room* :objects)
● 立ち位置も含む．
– (send *room* :spots)

EusLispの弱点
● 実行速度は遅い．
– 配列へのアクセスが遅いため，画像処理や点群処理は非常に苦
手．
– 三次元モデルの取り扱いが厳密で，実行速度が犠牲になってい
る．
● 中身がいかんせん古い．
– 例) readlineに対応してないのでターミナルからインタプリタを上
げるとまともに使えない．
● 厳密にはどのLISPとも違う．
– CommonLISPでもSchemeでもない．他のLISPになれた人には
却って大変かもしれない．
– クロージャの実装が不完全．

インストール
● http://wiki.ros.org/rtmros_common/Tutorials/GettingStart
– sudo apt-get install ros-indigo-hrpsys-ros-bridge ros-indigo-roseus
ros-indigo-euscollada ros-indigo-pr2eus
● http://wiki.ros.org/rtmros_common/Tutorials/WorkingWithEusLisp
● wstoolを先にインストールしてください
● sudo apt-get install python-wstool
– wstool set rtm-ros-robotics/rtmros_tutorials
https://github.com/start-jsk/rtmros_tutorials.git --git
– wstool update rtm-ros-robotics/rtmros_tutorials
– cd ..
– catkin_make --force-cmake --only-pkg-with-deps
hrpsys_ros_bridge_tutorials

Emacs shell
● 前述のとおり，readlineが使えないため，イン
タプリタを起動する前に何らかの対策が必要で
す．
– rlwrapを使う
– emacs shellを使う（推奨）
● emacs –nwして，M-x shellとするとemacs
shellが起動できます．
– バッファに出力が貯められて便利．
– M-pで履歴をたどれます．

roseus
Irteusgl
eusgl
eusx
eusg
eus2
eus1
EusLispの構造
● EusLisp本体にも拡張段
階がある．
– eus0,eus1,eus2,eusg,
eusx,eusgl,それぞれ前
の段階を拡張するもの
になっている．
● 拡張としてirteusglがあ
る．
● ROS対応としてroseus
がある．
eus0

EusLispの基本
● まずはroseusを起動しよう
– roseus
● 簡単な演算
– (setq a (+ 1 2))
● 前回の計算結果を参照
– *
● リストを作ろう
– (setq *ls* (list 1 3 2))
● carとcdr
– (car *ls*) ;; 1
– (cdr *ls*) ;; ‘(3 2)
● 終了
– (exit)
● プログラムはどうやって書く
の？
– .lというファイルにコーディン
グしてください．
● 読み込みは，
– 起動時に読む場合は roseus <
ファイル名>
– 起動後に読む場合は (load “<
ファイル名>”)
● エントリーポイントは存在しま
せん．
– 読んでいきなり実行するには
最後に実行文が全部実行され
るようにしましょう．

関数定義・クラス定義
● 関数定義は
– (defun function-name (args) … )
● クラス定義は
– (defclass class-name :super super-class :slots (slot-vars))
– (defmethod class-name (:init (args) …) … )
– メソッド定義がクラス定義と分かれているため，実行時にメソッドを追
加することもできる．
● インスタンス生成は
– (instance class-name :init args)
– :init がコンストラクタ
● メソッド呼び出しは
– (send instance :method)

３Dモデルを作ってみよう
● http://euslisp-
docs.readthedocs.org/en/latest/euslisp/manual/#geometri
c-modeling
● http://euslisp-
docs.readthedocs.org/en/latest/jskeus/jmanual/#_2

３Dモデリング
● ビューワを表示しよう．
– (make-irtviewer)
– *irtviewer*という変数にビューワのインスタンスが入ります．
● キューブを作ろう．
– (setq *cube* (make-cube 100 100 100)) ;; 単位[mm]
● 表示しよう．
– (objects (list *cube*))
– (send *irtviewer* :draw-objects)
● 姿勢を変えよう
– (send *cube* :translate (float-vector 0 0 50)) ;; float-vectorは実数ベクト
ルを作る
– (send *cube* :rotate (deg2rad 30) :z) ;; 単位[rad]，z軸周りの回転

Coordinate
● EusLispにおける同次座標変換の肝となるクラス．
– http://euslisp-docs.readthedocs.org/en/latest/euslisp/manual/#coordina
● roseusではTFとの相互変換ができる．
– http://euslisp-docs.readthedocs.org/en/latest/roseus/eustf/
● TFとは異なる点が多い(後述)
● インスタンスの取り出し方
– (make-coords) ;; 新規作成
– (send *cube* :coords) ;; 物体の座標を取り出す
● 姿勢の変え方は物体と同じく:translate, :rotate
– 実際にはcoordsを操作している．

Coordinate vs TF
● Coordinate
● 静的，永続性．
● タイムスタンプを持たな
い．
● 座標を連結できる．
● 連結は連結座標系
(cascaded-coords)で管
理．
● 基本的にすべてが世界座標
系に存在するという前提の
ため，どこから見た何なの
● TF
● 動的，揮発性．
● タイムスタンプを持つ．
● 座標を連結できる．
● 連結は親座標系の名前で管
理．
● 座標は自分自身が名前を持
ち，連結も名前で指定され
ているため，どこから見た
何なのかはシステム上管理
されている．

assoc, dissoc
● 物体や連結座標系は連結する事ができます．
– http://euslisp-
docs.readthedocs.org/en/latest/euslisp/manual/#cascadedcoords
● 連結座標系のつくりかた
– (make-cascoords) ;; cascaded-coordsというクラス
● 連結方法
– (send parent-obj :assoc child-obj)
– こうすることで，親となる物体や連結座標系が移動すると一緒に動きま
す．
– 世界座標系でのcoordsを取ってくるには:worldcoordsを使います．
● 連結解除
– (send parent-obj :dissoc child-obj)

ロボットを動かしてみよう
● http://euslisp-docs.readthedocs.org/en/latest/jskeus/jmanual/#_19

ロボットプログラミング(1) 準備
● eusを用いたロボットプログラミングの流れ
– ロボットモデルをEusLisp上で動かす．
● この時に静的な安定性や干渉などを予め計算することができ
る．
– 実ロボットに対して関節角度列ベースで指令を送る．
– この繰り返し．
● samplerobotを使ってみよう
– http://wiki.ros.org/rtmros_common/Tutorials/WorkingWithEusLisp
– hrpsys_ros_bridge_tutorials/euslisp/samplerobot-interface.l
– (samplerobot-init)
– (objects (list *sr*))

ロボットプログラミング(2)
順運動学
● リムへのアクセス方法
– :head (samplerobotにはない)
– :rarm, :larm, :arms
– :torso
– :rleg, :lleg, :legs
● 関節角度へのアクセス方法
– (send *sr* :rarm :elbow-p :joint-angle) ;; ゲッタ
– (send *sr* :rarm :elbow-p :joint-angle -90) ;; セッタ

逆運動学
● 目標となる座標系を用いて
– (setq *co* (send *sr* :rarm :end-coords :copy-
worldcoords))
– (send *co* :translate (float-vector 100 0 0))
– (send *sr* :rarm :inverse-kinematics *co*)
● 現在の手先座標からの相対位置
– (send *sr* :rarm :move-end-pos (float-vector 100 0
0))

足の使い方
● (send *sr* :rleg :move-end-pos (float-vector 0
-100 100))
– :move-end-posは足にも使える．
● (send *sr* :move-centroid-on-foot :lleg ‘(:lleg))
– 第一引数はどの足の上に重心を乗せるか
– 第二引数はどの足を動かすか
● (send *sr* :fix-leg-to-coords (make-coords)
:lleg)

実機への指令
● (send *ri* :angle-vector (send *sr* :angle-vector) 5000)
– 全ロボット共通(*sr*を変更すればすべてのロボットでこの方法が使えま
す)．
– 全身の関節角度列をコントローラに送信する．
– 最後の引数は目標時間(単位[ms])．
– 非同期的．通信が終了するのを待つには，
– (send *ri* :wait-interpolation)
● 実機の状態をモデル側へ反映するには
– (send *ri* :state)
– (send *sr* :angle-vector (send *ri* :potentio-vector))

自分のロボットを
EusLispに対応させるには？
● 1. OpenHRP対応の機体の場合，hrpsys_ros_bridgeを用いてeusモデルと
robot-interfaceを作る．
– OpenHRPに対応させるにはVRML形式のモデルを作って，iob.cppをロボットに
合わせて作る必要があります．
– http://hrpsys-base.readthedocs.org/en/latest/de/ddc/iob_8h.htm
● 2. ROS対応の機体の場合，collada_urdf, euscolladaを用いてeusモデルを作
り，robot-interfaceは自分で書く．
– moveit!対応(followjointtrajectoryがある)なら簡単．
– 例えば，以下を参考にしました．
● https://github.com/jsk-ros-pkg/jsk_robot/tree/master/jsk_baxter_robot/baxtereus
– ただし，eusで3Dメッシュを扱うのは非常に重いので，予めモデルファイルの点
数を削減しておくことをおすすめします．Blenderでできます．
● なお，どちらの場合も手足が四本を超えるとダメ．
– ヒューマノイドを前提としているため．
– 足りない分には問題無いようです．

おわりに
● ロボットプログラミングのための開発環境EusLispの
使い方について紹介しました．
– 更に詳しくは本家ドキュメント
– http://euslisp-docs.readthedocs.org/en/latest/
– またはこのスライドの元になったチュートリアル
– http://euslisp-tutorial.readthedocs.org/ja/latest/
– ROS連携はroseusのドキュメントを参照してくださ
い．
– http://euslisp-docs.readthedocs.org/en/latest/roseus/

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