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。
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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。
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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。
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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.
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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。
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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。
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触觉远程操作通常是通过有线网络技术(例如以太网)实现的,这些技术可以保证控制循环的性能在通信媒体上封闭,尤其是在延迟,抖动和可靠性方面。该演示表明,在核退役用例中,在一种名为Gallop的新型低功率无线控制技术(称为Gallop)上进行触觉遥控的能力。它显示了疾驰的生存能力,可以满足触觉远程运行的延迟,及时性和安全要求。作为演示的一部分进行的评估表明,在现成的蓝牙5.0芯片组上实施的疾驰可以替代传统的有线TCP/IP连接,并且在同一用例中胜过基于WiFi的无线解决方案。
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人类的生活是无价的。当需要完成危险或威胁生命的任务时,机器人平台可能是更换人类运营商的理想选择。我们在这项工作中重点关注的任务是爆炸性的手段。鉴于移动机器人在多种环境中运行时表现出强大的功能,机器人触觉有可能提供安全解决方案。但是,与人类的运作相比,在此阶段,自主权可能具有挑战性和风险。远程运行可能是完整的机器人自主权和人类存在之间的折衷方案。在本文中,我们提出了一种相对便宜的解决方案,可用于远程敏感和机器人远程操作,以使用腿部操纵器(即,腿部四足机器人的机器人和RGB-D传感)来协助爆炸的军械处置。我们提出了一种新型的系统集成,以解决四足动物全身控制的非平凡问题。我们的系统基于可穿戴的基于IMU的运动捕获系统,该系统用于远程操作和视觉触发性的VR耳机。我们在实验中验证了现实世界中的方法,用于需要全身机器人控制和视觉触发的机车操作任务。
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Digital Twin Technology在现代工业发展中起着关键作用。尤其是,随着技术的技术进步(IoT)以及自主权的日益增长的趋势,配备多传感器的机器人技术可以创建实用的数字双胞胎,这在运营,维护和安全的工业应用程序中特别有用。在此,我们演示了一个现实世界中的数字双胞胎,其中包括安全至关重要的机器人应用程序,并带有Franka-Emika-Panda机器人臂。我们开发并展示了一个避免动态障碍物的边缘辅助协作数字双胞胎,这对于在工业物联网中不确定和动态的环境中运行时可以实时适应机器人。
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本文介绍了Cerberus机器人系统系统,该系统赢得了DARPA Subterranean挑战最终活动。出席机器人自主权。由于其几何复杂性,降解的感知条件以及缺乏GPS支持,严峻的导航条件和拒绝通信,地下设置使自动操作变得特别要求。为了应对这一挑战,我们开发了Cerberus系统,该系统利用了腿部和飞行机器人的协同作用,再加上可靠的控制,尤其是为了克服危险的地形,多模式和多机器人感知,以在传感器退化,以及在传感器退化的条件下进行映射以及映射通过统一的探索路径计划和本地运动计划,反映机器人特定限制的弹性自主权。 Cerberus基于其探索各种地下环境及其高级指挥和控制的能力,表现出有效的探索,对感兴趣的对象的可靠检测以及准确的映射。在本文中,我们报告了DARPA地下挑战赛的初步奔跑和最终奖项的结果,并讨论了为社区带来利益的教训所面临的亮点和挑战。
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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
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Self-assembly of modular robotic systems enables the construction of complex robotic configurations to adapt to different tasks. This paper presents a framework for SMORES types of modular robots to efficiently self-assemble into tree topologies. These modular robots form kinematic chains that have been shown to be capable of a large variety of manipulation and locomotion tasks, yet they can reconfigure using a mobile reconfiguration. A desired kinematic topology can be mapped onto a planar pattern with optimal module assignment based on the modules' locations, then the mobile reconfiguration assembly process can be executed in parallel. A docking controller is developed to guarantee the success of docking processes. A hybrid control architecture is designed to handle a large number of modules and complex behaviors of each individual, and achieve efficient and robust self-assembly actions. The framework is demonstrated in both hardware and simulation on the SMORES-EP platform.
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人类机器人相互作用(HRI)是提高现代生产线灵活性的重要组成部分。但是,在实际应用程序中,任务(\ ie机器人需要操作的条件,例如环境照明条件,与人类的受试者进行互动以及硬件平台)可能会有所不同,并且在最佳方面仍然具有挑战性并有效地配置和调整这些不断变化的任务下的机器人系统。为了应对挑战,本文提出了一个任务不足的适应性控制器,可以1)适应不同的照明条件,2)适应个人行为并确保与不同的人互动时的安全性,3)3)启用具有不同机器人平台的轻松传输控制接口。使用FANUC LR MATE 200ID/7L机器人和Kinova Gen3机器人对人类机器人切换任务进行了测试。实验表明,所提出的任务无形控制器可以在不同任务上实现一致的性能。
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机器人的目前研究标准要求机器人控制器开发的一般方法。在辅助机器人域中,人机互动起到了实质性的作用。特别是,人类产生影响机器人控制系统的意图。在文章中,提出了一种方法,用于创建辅助机器人的控制系统,这对由语音命令,按钮或操作员控制台提供的用户意图作出反应。整个方法应用于由定制的Tiago机器人和其他硬件组件组成的真实系统。在该平台上进行的示例性实验说明了辅助机器人中的人机界面多样化的动机。
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Robotic teleoperation is a key technology for a wide variety of applications. It allows sending robots instead of humans in remote, possibly dangerous locations while still using the human brain with its enormous knowledge and creativity, especially for solving unexpected problems. A main challenge in teleoperation consists of providing enough feedback to the human operator for situation awareness and thus create full immersion, as well as offering the operator suitable control interfaces to achieve efficient and robust task fulfillment. We present a bimanual telemanipulation system consisting of an anthropomorphic avatar robot and an operator station providing force and haptic feedback to the human operator. The avatar arms are controlled in Cartesian space with a direct mapping of the operator movements. The measured forces and torques on the avatar side are haptically displayed to the operator. We developed a predictive avatar model for limit avoidance which runs on the operator side, ensuring low latency. The system was successfully evaluated during the ANA Avatar XPRIZE competition semifinals. In addition, we performed in lab experiments and carried out a small user study with mostly untrained operators.
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工业机器人的机器人编程方法是耗时的,并且通常需要运营商在机器人和编程中具有知识。为了降低与重新编程相关的成本,最近已经提出了使用增强现实的各种接口,为用户提供更直观的手段,可以实时控制机器人并在不必编码的情况下编程它们。但是,大多数解决方案都要求操作员接近真正的机器人的工作空间,这意味着由于安全危险而从生产线上移除它或关闭整个生产线。我们提出了一种新颖的增强现实界面,提供了用户能够建模工作空间的虚拟表示,该工作空间可以被保存和重复使用,以便编程新任务或调整旧任务,而无需与真正的机器人共同定位。与以前的接口类似,操作员随后可以通过操纵虚拟机器人来实时地控制机器人任务或控制机器人。我们评估所提出的界面与用户学习的直观和可用性,其中18名参与者为拆卸任务编写了一个机器人操纵器。
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Experiments using large numbers of miniature swarm robots are desirable to teach, study, and test multi-robot and swarm intelligence algorithms and their applications. To realize the full potential of a swarm robot, it should be capable of not only motion but also sensing, computing, communication, and power management modules with multiple options. Current swarm robot platforms developed for commercial and academic research purposes lack several of these critical attributes by focusing only on a few of these aspects. Therefore, in this paper, we propose the HeRoSwarm, a fully-capable swarm robot platform with open-source hardware and software support. The proposed robot hardware is a low-cost design with commercial off-the-shelf components that uniquely integrates multiple sensing, communication, and computing modalities with various power management capabilities into a tiny footprint. Moreover, our swarm robot with odometry capability with Robot Operating Systems (ROS) support is unique in its kind. This simple yet powerful swarm robot design has been extensively verified with different prototyping variants and multi-robot experimental demonstrations.
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本文提出了一种新颖的方法,用于在具有复杂拓扑结构的地下领域的搜索和救援行动中自动合作。作为CTU-Cras-Norlab团队的一部分,拟议的系统在DARPA SubT决赛的虚拟轨道中排名第二。与专门为虚拟轨道开发的获奖解决方案相反,该建议的解决方案也被证明是在现实世界竞争极为严峻和狭窄的环境中飞行的机上实体无人机的强大系统。提出的方法可以使无缝模拟转移的无人机团队完全自主和分散的部署,并证明了其优于不同环境可飞行空间的移动UGV团队的优势。该论文的主要贡献存在于映射和导航管道中。映射方法采用新颖的地图表示形式 - 用于有效的风险意识长距离计划,面向覆盖范围和压缩的拓扑范围的LTVMAP领域,以允许在低频道通信下进行多机器人合作。这些表示形式与新的方法一起在导航中使用,以在一般的3D环境中可见性受限的知情搜索,而对环境结构没有任何假设,同时将深度探索与传感器覆盖的剥削保持平衡。所提出的解决方案还包括一条视觉感知管道,用于在没有专用GPU的情况下在5 Hz处进行四个RGB流中感兴趣的对象的板上检测和定位。除了参与DARPA SubT外,在定性和定量评估的各种环境中,在不同的环境中进行了广泛的实验验证,UAV系统的性能得到了支持。
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圆角焊接是该行业中最广泛类型的焊接之一,仍然通过接触手动或自动进行。本文旨在描述具有U和L形结构的非接触式圆角焊接机器人的在线编程系统,这响应了第四工业革命的需求。在本文中,作者提出了一种在线机器人编程方法,其消除了传统上在机器人焊接中执行的不必要步骤,使得操作者仅执行三个步骤来完成焊接任务。首先,选择焊接件。然后,进入焊接参数。最后,它将自动生成的程序发送到机器人。该系统最终设法在比比较方法更有效的准备时间中使用所提出的方法进行圆角焊接任务。为此,除了六个轴工业机器人手臂之外,还使用了与其他系统相比使用减少数量的组件,例如结构化光3D相机,两个计算机和集中器。系统的操作复杂性尽可能减少。据作者所知,没有能够执行圆角焊接过程的在线机器人编程系统的科学或商业证据,简化了该过程,使其对操作员完全透明,并在行业4.0范例中陷入框架。它的商业潜力主要在于一种能够适应任何工业圆角焊接工作和任何可以容纳它的支架的柔性系统中的简单和低成本。
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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.
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