Edge computing is becoming more and more popular among researchers who seek to take advantage of the edge resources and the minimal time delays, in order to run their robotic applications more efficiently. Recently, many edge architectures have been proposed, each of them having their advantages and disadvantages, depending on each application. In this work, we present two different edge architectures for controlling the trajectory of an Unmanned Aerial Vehicle (UAV). The first architecture is based on docker containers and the second one is based on kubernetes, while the main framework for operating the robot is the Robotic Operating System (ROS). The efficiency of the overall proposed scheme is being evaluated through extended simulations for comparing the two architectures and the overall results obtained.

边缘计算是一项有前途的技术，可以在需要瞬时数据处理的技术领域提供新功能。机器和深度学习等领域的研究人员对其应用程序进行了广泛的边缘和云计算，这主要是由于他们提供的大量计算和存储资源。目前，机器人技术也正在寻求利用这些功能，并且随着5G网络的开发，可以克服该领域的一些现有限制。在这种情况下，重要的是要知道如何利用新兴的边缘体系结构，当今存在哪些类型的边缘体系结构和平台，以及哪些可以并且应该基于每个机器人应用程序使用。一般而言，边缘平台可以以不同的方式实现和使用，尤其是因为有几个提供商提供或多或少提供的一组服务以及一些基本差异。因此，本研究针对那些从事下一代机器人系统开发的人解决了这些讨论，并将有助于理解每个边缘计算体系结构的优势和缺点，以便明智地选择适合每个应用程序的功能。

我们提出了通过现实的模拟和现实世界实验来支持可复制研究的多运动无人机控制（UAV）和估计系统。我们提出了一个独特的多帧本地化范式，用于同时使用多个传感器同时估算各种参考框架中的无人机状态。该系统可以在GNSS和GNSS贬低的环境中进行复杂的任务，包括室外室内过渡和执行冗余估计器，以备份不可靠的本地化源。提出了两种反馈控制设计：一个用于精确和激进的操作，另一个用于稳定和平稳的飞行，并进行嘈杂的状态估计。拟议的控制和估计管道是在3D中使用Euler/Tait-Bryan角度表示的，而无需使用Euler/Tait-Bryan角度表示。取而代之的是，我们依靠旋转矩阵和一个新颖的基于标题的惯例来代表标准多电流直升机3D中的一个自由旋转自由度。我们提供了积极维护且有据可查的开源实现，包括对无人机，传感器和本地化系统的现实模拟。拟议的系统是多年应用系统，空中群，空中操纵，运动计划和遥感的多年研究产物。我们所有的结果都得到了现实世界中的部署的支持，该系统部署将系统塑造成此处介绍的表单。此外，该系统是在我们团队从布拉格的CTU参与期间使用的，该系统在享有声望的MBZIRC 2017和2020 Robotics竞赛中，还参加了DARPA SubT挑战赛。每次，我们的团队都能在世界各地最好的竞争对手中获得最高位置。在每种情况下，挑战都促使团队改善系统，并在紧迫的期限内获得大量高质量的体验。

我们为多机器人系统应用程序提供了一个网络共模拟框架。我们需要一个模拟框架，该框架既捕获物理互动和通信方面，以有效地设计这种复杂的系统。这对于共同设计多机器人的自主逻辑和通信协议是必不可少的。提出的框架扩展了现有工具，以模拟机器人的自主权和与网络相关的方面。我们已经使用ROS/ROS2的凉亭来开发机器人和Mininet-WIFI作为网络模拟器的自治逻辑，以捕获多机器人系统的网络物理系统属性。该框架解决了通过同步移动性和时间来无缝集成两个仿真环境的需求，从而使算法轻松迁移到真实的平台。该框架支持基于容器的虚拟化，并通过解耦数据平面和控制平面来扩展通用机器人框架。

在本文中，我们提出了一种反应性约束导航方案，并避免了无人驾驶汽车（UAV）的嵌入式障碍物，以便在障碍物密集的环境中实现导航。拟议的导航体系结构基于非线性模型预测控制（NMPC），并利用板载2D激光雷达来检测障碍物并在线转换环境的关键几何信息为NMPC的参数约束，以限制可用位置空间的可用位置空间无人机。本文还重点介绍了所提出的反应导航方案的现实实施和实验验证，并将其应用于多个具有挑战性的实验室实验中，我们还与相关的反应性障碍物避免方法进行了比较。提出的方法中使用的求解器是优化引擎（开放）和近端平均牛顿进行最佳控制（PANOC）算法，其中采用了惩罚方法来正确考虑导航任务期间的障碍和输入约束。拟议的新颖方案允许快速解决方案，同时使用有限的车载计算能力，这是无人机的整体闭环性能的必需功能，并在多个实时场景中应用。内置障碍物避免和实时适用性的结合使所提出的反应性约束导航方案成为无人机的优雅框架，能够执行快速的非线性控制，本地路径计划和避免障碍物，所有框架都嵌入了控制层中。

随着现代机器人技术的发展，自主代理现在能够托管复杂的算法，这使他们能够做出聪明的决定。但是，直接在现实世界中开发和测试这种算法是乏味的，可能导致浪费宝贵的资源。尤其是对于战场环境中的异质多机构系统，在确定系统的行为和可用性方面至关重要。由于必须在部署前模拟单独的范式（共模拟）模拟此类情况，因此这些模拟器之间的同步至关重要。旨在解决此问题的现有作品无法解决部署的代理之间的多样性。在这项工作中，我们建议\ textit {SynchroSim}，这是一种集成的共模拟中间件，以模拟异质的多机器人系统。在这里，我们提出了一个速度差驱动的可调窗口大小方法，以减少数据包损耗概率。它考虑了部署代理的各个速度，以在它们之间传输数据之前计算合适的窗口大小。我们考虑了我们的算法特异性模拟器不可知论，但是为了实现结果，我们已将凉亭用作物理模拟器，而NS-3用作网络模拟器。此外，我们设计了算法，考虑到封闭的通信渠道内的感知行动循环，这是有争议的情况下的基本因素之一，在数据传输方面需要高保真度。我们在视线（LOS）和非视线（NLOS）方案的模拟和系统级别上均通过经验验证我们的方法。与基于固定的窗口大小的同步方法相比，我们的方法在减少数据包损耗概率（$ \ $ 11 \％）和平均数据包延迟（$ \ $ 10 \％）方面取得了显着改善。

Designing a local planner to control tractor-trailer vehicles in forward and backward maneuvering is a challenging control problem in the research community of autonomous driving systems. Considering a critical situation in the stability of tractor-trailer systems, a practical and novel approach is presented to design a non-linear MPC(NMPC) local planner for tractor-trailer autonomous vehicles in both forward and backward maneuvering. The tractor velocity and steering angle are considered to be control variables. The proposed NMPC local planner is designed to handle jackknife situations, avoiding multiple static obstacles, and path following in both forward and backward maneuvering. The challenges mentioned above are converted into a constrained problem that can be handled simultaneously by the proposed NMPC local planner. The direct multiple shooting approach is used to convert the optimal control problem(OCP) into a non-linear programming problem(NLP) that IPOPT solvers can solve in CasADi. The controller performance is evaluated through different backup and forward maneuvering scenarios in the Gazebo simulation environment in real-time. It achieves asymptotic stability in avoiding static obstacles and accurate tracking performance while respecting path constraints. Finally, the proposed NMPC local planner is integrated with an open-source autonomous driving software stack called AutowareAi.

研究界，工业和社会中地面移动机器人（MRS）和无人机（UAV）的重要性正在迅速发展。如今，这些代理中的许多代理都配备了通信系统，在某些情况下，对于成功完成某些任务至关重要。在这种情况下，我们已经开始见证在机器人技术和通信的交集中开发一个新的跨学科研究领域。该研究领域的意图是将无人机集成到5G和6G通信网络中。这项研究无疑将在不久的将来导致许多重要的应用。然而，该研究领域发展的主要障碍之一是，大多数研究人员通过过度简化机器人技术或通信方面来解决这些问题。这阻碍了达到这个新的跨学科研究领域的全部潜力的能力。在本教程中，我们介绍了一些建模工具，从跨学科的角度来解决涉及机器人技术和通信的问题所需的一些建模工具。作为此类问题的说明性示例，我们将重点放在本教程上，讨论通信感知轨迹计划的问题。

通信网络中的时间延迟是通过边缘部署机器人的主要关注点之一。本文提出了一个多阶段的非线性模型预测控制（NMPC），该控制能够处理不同的网络引起的时间延迟，以建立控制框架，以确保无碰撞的无碰撞微型航空车（MAVS）导航。这项研究介绍了一种新颖的方法，该方法通过与现有的典型多阶段NMPC相反的离散化场景树来考虑不同的采样时间，在这种情况下，系统不确定性是由场景树建模的。此外，该方法根据通信链接中时间延迟的概率考虑了多阶段NMPC方案的自适应权重。由于多阶段NMPC，获得的最佳控制动作对于多个采样时间有效。最后，在各种测试和不同的模拟环境中证明了所提出的新型控制框架的总体有效性。

近年来，空中机器人背景下的高速导航和环境互动已成为几个学术和工业研究研究的兴趣领域。特别是，由于其若干环境中的潜在可用性，因此搜索和拦截（SAI）应用程序造成引人注目的研究区域。尽管如此，SAI任务涉及有关感官权重，板载计算资源，致动设计和感知和控制算法的具有挑战性的发展。在这项工作中，已经提出了一种用于高速对象抓握的全自动空中机器人。作为一个额外的子任务，我们的系统能够自主地刺穿位于靠近表面的杆中的气球。我们的第一款贡献是在致动和感觉水平的致动和感觉水平的空中机器人的设计，包括具有额外传感器的新型夹具设计，使机器人能够高速抓住物体。第二种贡献是一种完整的软件框架，包括感知，状态估计，运动计划，运动控制和任务控制，以便快速且强大地执行自主掌握任务。我们的方法已在一个具有挑战性的国际竞争中验证，并显示出突出的结果，能够在室外环境中以6米/分来自动搜索，遵循和掌握移动物体

机器人布操作是自动机器人系统的相关挑战性问题。高度可变形的对象，因为纺织品在操纵过程中可以采用多种配置和形状。因此，机器人不仅应该了解当前的布料配置，还应能够预测布的未来行为。本文通过使用模型预测控制（MPC）策略在对象的其他部分应用动作，从而解决了间接控制纺织对象某些点的配置的问题，该策略还允许间接控制的行为点。设计的控制器找到了最佳控制信号，以实现所需的未来目标配置。本文中的探索场景考虑了通过抓住其上角，以平方布的下角跟踪参考轨迹。为此，我们提出并验证线性布模型，该模型允许实时解决与MPC相关的优化问题。增强学习（RL）技术用于学习所提出的布模型的最佳参数，并调整所得的MPC。在模拟中获得准确的跟踪结果后，在真实的机器人中实现并执行了完整的控制方案，即使在不利条件下也可以获得准确的跟踪。尽管总观察到的误差达到5 cm标记，但对于30x30 cm的布，分析表明，MPC对该值的贡献少于30％。

通信系统是自主UAV系统设计的关键部分。它必须解决不同的考虑因素，包括UAV的效率，可靠性和移动性。此外，多UAV系统需要通信系统，以帮助在UAV的团队中提供信息共享，任务分配和协作。在本文中，我们审查了在考虑在电力线检查行业的应用程序时支持无人机团队的通信解决方案。我们提供候选无线通信技术的审查{用于支持UAV应用程序中的通信。综述了这些候选技术的性能测量和无人机相关的频道建模。提出了对构建UAV网状网络的当前技术的讨论。然后，我们分析机器人通信中间件，ROS和ROS2的结构，界面和性能。根据我们的审查，提出了通信系统中每层候选解决方案的特征和依赖性。

模型预测控制（MPC）已成为高性能自治系统嵌入式控制的流行框架。但是，为了使用MPC实现良好的控制性能，准确的动力学模型是关键。为了维持实时操作，嵌入式系统上使用的动力学模型仅限于简单的第一原则模型，该模型实质上限制了其代表性。与此类简单模型相反，机器学习方法，特别是神经网络，已被证明可以准确地建模复杂的动态效果，但是它们的较大的计算复杂性阻碍了与快速实时迭代环路的组合。通过这项工作，我们提出了实时神经MPC，这是一个将大型复杂的神经网络体系结构作为动态模型的框架，在模型预测性控制管道中。 ，展示了所描述的系统的功能，可以使用基于梯度的在线优化MPC运行以前不可行的大型建模能力。与在线优化MPC中神经网络的先前实现相比，我们可以利用嵌入式平台上50Hz实时窗口中的4000倍的型号。此外，与没有神经网络动力学的最新MPC方法相比，我们通过将位置跟踪误差降低多达82％，从而显示了对现实世界问题的可行性。

以前已经评估过使用轮毂，无人驾驶飞机，立方体，小萨特人等进行空中和地面操纵，感知和侦察的可行性。在所有这些解决方案中，基于气球的系统具有使其极具吸引力的优点，例如，简单的操作机构和持久的操作时间。但是，在基于气球的应用中，有许多障碍要克服，以实现强大的游荡性能。我们试图确定设计和控制挑战，并提出一个新型的机器人平台，该平台允许在火星陨石坑的侦察和感知中应用气球。这项工作简要涵盖了我们建议的驱动和模型预测控制设计框架，用于转向此类气球系统。我们提出了多个无人接地车辆（UGV）的协调伺服，以调节电缆驱动的气球中的张力，并将其连接到未成熟的悬挂有效载荷上。

近年来，多机器人系统已受到行业和学术界的越来越多的关注。除了需要对相对本地化的准确和强大的估计，对系统的安全性和信任对于实现更广泛的采用至关重要。在本文中，我们提出了一个使用HyperLeDger Fabric在工业应用中进行多机器人协作的框架。我们依靠区块链身份来进行地面和空中机器人的相互作用，并使用智能合约进行协作决策。使用超宽带（UWB）本地化进行自动导航和机器人协作，这扩展了我们以前在基于面料的车队管理方面的工作。我们专注于使用地面机器人和空中机器人检查仓库般的环境，并存储有关区块链中发现的对象的信息。我们衡量添加区块链层，分析交易延迟的影响，并将与区块链相关过程的资源利用与已经运行的数据处理模块进行比较。

在腿部机器人技术中，计划和执行敏捷的机动演习一直是一个长期的挑战。它需要实时得出运动计划和本地反馈政策，以处理动力学动量的非物质。为此，我们提出了一个混合预测控制器，该控制器考虑了机器人的致动界限和全身动力学。它将反馈政策与触觉信息相结合，以在本地预测未来的行动。由于采用可行性驱动的方法，它在几毫秒内收敛。我们的预测控制器使Anymal机器人能够在现实的场景中生成敏捷操作。关键要素是跟踪本地反馈策略，因为与全身控制相反，它们达到了所需的角动量。据我们所知，我们的预测控制器是第一个处理驱动限制，生成敏捷的机动操作以及执行低级扭矩控制的最佳反馈策略，而无需使用单独的全身控制器。

用于移动操作的机器人平台需要满足许多对许多现实世界应用的两个矛盾要求：需要紧凑的基础才能通过混乱的室内环境导航，而支撑需要足够大以防止翻滚或小费，尤其是在快速操纵期间有效载荷或与环境有力互动的操作。本文提出了一种新颖的机器人设计，该设计通过多功能足迹来满足这两种要求。当操纵重物时，它可以将其足迹重新配置为狭窄的配置。此外，其三角形配置可通过防止支撑开关来在不平坦的地面上进行高精度任务。提出了一种模型预测控制策略，该策略统一计划和控制，以同时导航，重新配置和操纵。它将任务空间目标转换为新机器人的全身运动计划。提出的设计已通过硬件原型进行了广泛的测试。足迹重新配置几乎可以完全消除操纵引起的振动。控制策略在实验室实验和现实世界的施工任务中被证明有效。

Search and rescue, wildfire monitoring, and flood/hurricane impact assessment are mission-critical services for recent IoT networks. Communication synchronization, dependability, and minimal communication jitter are major simulation and system issues for the time-based physics-based ROS simulator, event-based network-based wireless simulator, and complex dynamics of mobile and heterogeneous IoT devices deployed in actual environments. Simulating a heterogeneous multi-robot system before deployment is difficult due to synchronizing physics (robotics) and network simulators. Due to its master-based architecture, most TCP/IP-based synchronization middlewares use ROS1. A real-time ROS2 architecture with masterless packet discovery synchronizes robotics and wireless network simulations. A velocity-aware Transmission Control Protocol (TCP) technique for ground and aerial robots using Data Distribution Service (DDS) publish-subscribe transport minimizes packet loss, synchronization, transmission, and communication jitters. Gazebo and NS-3 simulate and test. Simulator-agnostic middleware. LOS/NLOS and TCP/UDP protocols tested our ROS2-based synchronization middleware for packet loss probability and average latency. A thorough ablation research replaced NS-3 with EMANE, a real-time wireless network simulator, and masterless ROS2 with master-based ROS1. Finally, we tested network synchronization and jitter using one aerial drone (Duckiedrone) and two ground vehicles (TurtleBot3 Burger) on different terrains in masterless (ROS2) and master-enabled (ROS1) clusters. Our middleware shows that a large-scale IoT infrastructure with a diverse set of stationary and robotic devices can achieve low-latency communications (12% and 11% reduction in simulation and real) while meeting mission-critical application reliability (10% and 15% packet loss reduction) and high-fidelity requirements.

机器人操作系统（ROS）为涉及生产任务，提高生产力和简化人类运营的各个领域的自动化带来了极大的自动化潜力。但是，ROS高度依赖交流，但缺乏安全的数据共享机制。确保多机器人之间的机密数据交换在多机器人交互中提出了重大挑战。在本文中，我们介绍了Authros，这是一个安全且方便的授权框架，用于ROS节点，具有绝对安全性和基于私人以太坊网络和SM算法的高可用性。据我们所知，Authros是装有ROS的机器人的第一个安全数据共享框架。该框架可以满足ROS节点之间交换机密数据的不可变性和安全性的要求。此外，提出了授权和身份验证的机制，以在没有第三方的情况下进行原子执行以确保值得信赖的数据交换。 SM2密钥交换和SM4授权加密机制均已提出用于数据传输安全性。还实施了数据摘要上传方案，以提高以太坊网络上数据查询和上传的效率。实验结果表明，它可以从6.34ms的800KB加密数据中生成摘要。通过安全分析，Authros实现了安全的数据交换，数据操作检测和节点锻造攻击保护。

由于事件的范围有限，在复杂且高度可变的环境中，避免路径计划和碰撞是具有挑战性的。在文献中，有多种基于模型和学习的方法需要有效地部署大量的计算资源，并且可能具有有限的一般性。我们提出了一种基于全球稳定的被动控制器的计划算法，该算法可以在挑战性的环境条件下使用有限的计算资源计划平滑轨迹。该体系结构将最近提出的分形阻抗控制器与有限时间不变性区域结合在一起。由于该方法基于阻抗控制器，因此它也可以直接用作力/扭矩控制器。我们在模拟中验证了我们的方法，以通过发放Via-toints的发行及其对低带宽反馈的稳健性来分析互动导航在挑战凹域中的能力。使用11个代理的群模拟验证了所提出方法的可扩展性。我们已经在自动式轮式平台上进行了硬件实验，以验证与动态剂（即人和机器人）相互作用的平滑度和稳健性。与依赖数字优化的其他方法相比，所提出的本地规划师的计算复杂性可以通过低功率微控制器的部署降低能源消耗。