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。

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.

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。

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.

软件体系结构定义了大型计算系统的蓝图，因此是设计和开发工作的关键部分。在移动机器人的背景下，对此任务进行了广泛的探索，从而导致了大量参考设计和实现。由于软件体系结构定义了实现所有组件的框架，因此自然是移动机器人系统的一个非常重要的方面。在本章中，我们概述了特定问题域（移动机器人系统）对软件框架强加的要求。我们讨论了一些当前的设计解决方案，提供了有关共同框架的历史观点，并概述了未来发展的方向。

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。

在不久的将来，自动驾驶的开发将变得更加复杂，因为这些车辆不仅会依靠自己的传感器，而且还与其他车辆和基础设施进行交流以合作和改善驾驶体验。为此，需要进行一些研究领域，例如机器人技术，沟通和控制，以实施未来的方法。但是，每个领域首先关注其组件的开发，而组件可能对整个系统产生的影响仅在后期考虑。在这项工作中，我们集成了机器人技术，通信和控制的仿真工具，即ROS2，Omnet ++和MATLAB来评估合作驾驶场景。可以利用该框架使用指定工具来开发各个组件，而最终评估可以在完整的情况下进行，从而可以模拟高级多机器人应用程序以进行合作驾驶。此外，它可以用于集成其他工具，因为集成以模块化方式完成。我们通过在合作自适应巡航控制（CACC）和ETSI ITS-G5通信体系结构下展示排量场景来展示该框架。此外，我们比较了理论分析和实际案例研究之间控制器性能的差异。

图形神经网络（GNNS）是一种范式转换的神经结构，以便于学习复杂的多智能经纪行为。最近的工作已经表现出显着的绩效，如植绒，多代理路径规划和合作覆盖。但是，通过基于GNN的学习计划导出的策略尚未部署到物理多机器人系统上的现实世界。在这项工作中，我们展示了一个系统的设计，允许完全分散地执行基于GNN的策略。我们创建基于ROS2的框架，并在本文中详细说明其细节。我们展示了我们在一个案例研究的框架，需要在机器人之间进行紧张的协调，并呈现出于依赖于adhoc通信的分散式多机器人系统的基于GNN的政策的成功实际部署的一类结果。可以在线找到这种情况的视频演示。https://www.youtube.com/watch?v=coh-wln4io4

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。

本文提出了一种框架来衡量重要的指标（吞吐量，延迟，分组重传，信号强度等）以确定机器人操作系统（ROS）中间件支持的移动机器人的Wi-Fi网络性能。我们通过室内环境中的实验设置分析了移动机器人的双向网络性能，其中移动机器人正在传送从相机和LIDAR扫描值的重要传感器数据，例如在它导航室内的指令站。通过从命令站接收的远程速度命令的环境。实验评估了2.4 GHz和5 GHz频道下的性能，并在每侧的接入点（AP）的不同放置，每侧最多两个网络设备。该框架可以概括为车辆网络评估，本研究的讨论和见解适用于现场机器人社区，无线网络在实现现实世界环境中的机器人任务成功方面发挥着关键作用。

随着自动机器人解决方案无处不在的越来越多，对它们的连通性和多机器人系统中的合作的兴趣正在上升。当前研究问题的两个方面是机器人安全性和对拜占庭代理商的确保多机器人协作。已提出了区块链和其他分布式分类帐技术（DLT）来应对两个领域的挑战。但是，一些关键挑战包括现实世界网络中的可扩展性和部署。本文提出了一种集成IOTA和ROS 2的方法，以实现更可扩展的基于DLT的机器人系统，同时允许部署后进行网络分区耐受性。据我们所知，这是机器人系统IOTA智能合约的首次实施，以及与ROS2的首次集成设计，这与依赖以太坊的绝大多数文献相比。我们提出了一般的IOTA+ROS 2体系结构，导致耐隔离的决策过程，该过程也从嵌入式区块链结构中继承了拜占庭式公差属性。我们证明了在具有间歇性网络连接的系统中进行合作映射应用程序的拟议框架的有效性。在存在网络分区的情况下，我们在以太坊方面表现出了卓越的性能，在计算资源利用方面的影响很小。这些结果为分布式机器人系统中的区块链解决方案更广泛地集成开辟了道路，其连接性和计算要求较少。

由于高系统复杂性和动态环境，测试和调试已成为机器人软件开发的主要障碍。标准，基于中间件的数据记录不提供有关内部计算和性能瓶颈的足够信息。其他现有方法还针对非常特定的问题，因此不能用于多用途分析。此外，它们不适合实时应用。在本文中，我们呈现ROS2_TRACING，一个灵活的跟踪工具和ROS 2的多功能仪器集合。它允许使用低开销LTTNG示踪器收集实时分布式系统的运行时执行信息。工具还将跟踪集成到无价的ROS 2 Orchestration系统和其他可用性工具中。消息延迟实验表明，当所有ROS 2仪器启用时，端到端消息延迟开销低于0.0055毫秒，我们认为适用于生产实时系统。使用ROS2_TRACING获得的ROS 2执行信息可以与操作系统的跟踪数据组合，从而实现更广泛的精确分析，有助于了解应用程序执行，以找到性能瓶颈和其他问题的原因。源代码可用于：https://gitlab.com/ros-tracing/ros2_tracing。

设置机器人环境快速测试新开发的算法仍然是一个困难且耗时的过程。这给有兴趣执行现实世界机器人实验的研究人员带来了重大障碍。Robotio是一个旨在解决此问题的Python库。它着重于为机器人，抓地力和摄像机等提供常见，简单和结构化的Python接口。这些接口以及这些接口的实现为常见硬件提供了。此启用使用机器人的代码可以在不同的机器人设置上可移植。在建筑方面，Robotio旨在与OpenAI健身房环境以及ROS兼容。提供了这两种示例。该库与许多有用的工具一起融合在一起，例如相机校准脚本和情节记录功能，这些功能进一步支持算法开发。

越来越多的机器人自动化应用程序已更改为无线通信，网络性能对机器人系统的影响越来越大。这项研究提出了一种将模拟机器人平台连接到真实网络设备的硬件（HIL）模拟方法。该项目旨在为机器人工程师和研究人员提供试验的能力，而无需大量修改原始控制器并获得与实际网络条件相关的更现实的测试结果。我们在两种常见的情况下，用于无线网络控制机器人应用程序：（1）移动机器人的安全多机器人协调，以及（2）基于人动物的操纵器的远程操作。在任何情况下，在各种网络条件下都在各种网络条件下部署和测试了HIL模拟系统。对实验结果进行了分析，并将其与先前的仿真方法进行了比较，表明所提出的HIL模拟方法可以识别对机器人系统的更可靠的通信影响。

There are many artificial intelligence algorithms for autonomous driving, but directly installing these algorithms on vehicles is unrealistic and expensive. At the same time, many of these algorithms need an environment to train and optimize. Simulation is a valuable and meaningful solution with training and testing functions, and it can say that simulation is a critical link in the autonomous driving world. There are also many different applications or systems of simulation from companies or academies such as SVL and Carla. These simulators flaunt that they have the closest real-world simulation, but their environment objects, such as pedestrians and other vehicles around the agent-vehicle, are already fixed programmed. They can only move along the pre-setting trajectory, or random numbers determine their movements. What is the situation when all environmental objects are also installed by Artificial Intelligence, or their behaviors are like real people or natural reactions of other drivers? This problem is a blind spot for most of the simulation applications, or these applications cannot be easy to solve this problem. The Neurorobotics Platform from the TUM team of Prof. Alois Knoll has the idea about "Engines" and "Transceiver Functions" to solve the multi-agents problem. This report will start with a little research on the Neurorobotics Platform and analyze the potential and possibility of developing a new simulator to achieve the true real-world simulation goal. Then based on the NRP-Core Platform, this initial development aims to construct an initial demo experiment. The consist of this report starts with the basic knowledge of NRP-Core and its installation, then focus on the explanation of the necessary components for a simulation experiment, at last, about the details of constructions for the autonomous driving system, which is integrated object detection and autonomous control.

我们描述了一个软件框架和用于串联的硬件平台，用于设计和分析模拟和现实中机器人自主算法。该软件是开源的，独立的容器和操作系统（OS）的软件，具有三个主要组件：COS ++车辆仿真框架（Chrono）的ROS 2接口（Chrono），该框架提供了高保真的轮毂/跟踪的车辆和传感器仿真；基于ROS 2的基本基于算法设计和测试的自治堆栈；以及一个开发生态系统，可在感知，状态估计，路径计划和控制中进行可视化和硬件实验。随附的硬件平台是1/6刻度的车辆，并具有可重新配置的用于计算，传感和跟踪的可重新配置的安装。其目的是允许对算法和传感器配置进行物理测试和改进。由于该车辆平台在模拟环境中具有数字双胞胎，因此可以测试和比较模拟和现实中相同的算法和自主堆栈。该平台的构建是为了表征和管理模拟到现实差距。在此，我们描述了如何建立，部署和用于改善移动应用程序的自主权。

目前，大多数社会机器人通过传感器与周围环境和人类相互作用，这些传感器是机器人的组成部分，这限制了传感器，人机相互作用和互换性的可用性。在许多应用中需要一种适合许多机器人的可穿戴传感器衣服。本文介绍了一个经济实惠的可穿戴传感器背心，以及带有物联网（物联网）的开源软件架构，用于社会人形机器人。背心由触摸，温度，手势，距离，视觉传感器和无线通信模块组成。 IOT功能允许机器人与人类和互联网一起与人类交互。设计的体系结构适用于任何具有通用图形处理单元（GPGPU），I2C / SPI总线，Internet连接和机器人操作系统（ROS）的任何社交机器人。此架构的模块化设计使开发人员能够轻松地添加/删除/更新复杂行为。所提出的软件架构提供IOT技术，GPGPU节点，I2C和SPI总线管理器，视听交互节点（语音到文本，文本到语音和图像理解），以及行为节点和其他节点之间的隔离。所提出的IOT解决方案包括机器人中的相关节点，RESTful Web服务和用户界面。我们使用HTTP协议作为与Internet的社会机器人双向通信的手段。开发人员可以在C，C ++和Python编程语言中轻松编辑或添加节点。我们的架构可用于为社会人形机器人设计更复杂的行为。

我们提出Dave Aquatic Virtual Environals（Dave），这是用于水下机器人，传感器和环境的开源仿真堆栈。传统的机器人模拟器并非旨在应对海洋环境带来的独特挑战，包括但不限于在空间和时间上变化的环境条件，受损或具有挑战性的感知以及在通常未探索的环境中数据的不可用。考虑到各种传感器和平台，对于不可避免地抵制更广泛采用的特定用例，车轮通常会重新发明。在现有模拟器的基础上，我们提供了一个框架，以帮助加快算法的开发和评估，否则这些算法需要在海上需要昂贵且耗时的操作。该框架包括基本的构建块（例如，新车，水跟踪多普勒速度记录仪，基于物理的多微型声纳）以及开发工具（例如，动态测深的产卵，洋流），使用户可以专注于方法论，而不是方法。比软件基础架构。我们通过示例场景，测深数据导入，数据检查的用户界面和操纵运动计划以及可视化来演示用法。

在工业应用中，对系统的安全和信任是广泛采用的要求。区块链技术已成为解决身份管理并保护数据聚合和控制的潜在解决方案。但是，迄今为止的绝大多数作品都利用以太坊和智能合约，这些合同不可扩展或适合工业应用。据我们所知，本文介绍了ROS 2与Hyperledger织物区块链的首次集成。通过通过GO应用程序利用面料智能合约和ROS 2的框架，我们深入研究了使用区块链控制机器人，收集和处理其数据的潜力。我们证明了拟议框架对库存管理用例的适用性，其中使用不同的机器人检测给定区域中感兴趣的对象。旨在满足分布式机器人系统的要求，我们表明机器人的性能不会受到区块链层的显着影响。同时，我们提供了开发其他应用程序的示例，这些应用程序将面料智能合约与ROS 2集成在一起。我们的结果为在自主机器人系统中进一步采用区块链技术铺平了道路，以构建可信赖的数据共享。

数字双技术被认为是现代工业发展的组成部分。随着技术Internet技术（IoT）技术的快速发展以及自动化趋势的增加，虚拟世界与物理世界之间的整合现在可以实现生产实用的数字双胞胎。但是，数字双胞胎的现有定义是不完整的，有时是模棱两可的。在此，我们进行了历史审查，并分析了数字双胞胎的现代通用观点，以创建其新的扩展定义。我们还审查并讨论了在安全至关重要的机器人技术应用中数字双胞胎中现有的工作。特别是，由于环境挑战，数字双胞胎在工业应用中的使用需要自动和远程操作。但是，环境中的不确定性可能需要对机器人进行仔细监控和快速适应，这些机器人需要防止安全和成本效益。我们展示了一个案例研究，以开发针对安全至关重要的机器人臂应用框架，并提出系统性能以显示其优势，并讨论未来的挑战和范围。