随着在边缘处使用容器的能力，它们构成了统一的解决方案，以打击分布式多主机ROS部署的复杂性，以及各个ROS节点和依赖关系部署。ROS中的双向通信对使用包含多个机器的非容集装箱中的集装箱ROS部署构成了挑战。我们将分析ROS采用的通信协议，以及不同容器网络模式的适用性及其对ROS部署的影响。最后，我们将为ROS呈现第7层透明代理服务器架构，作为所识别的问题的解决方案。不仅可以在集装箱中的环境中使用ROS，但通常在网段之间代理ROS。
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机器人操作系统（ROS）提供软件框架，知识和社区生态系统提供资源，以便快速开发和原型智能机器人应用。通过标准化软件模块的通信，配置和调用，ROS便于重用设备驱动程序和算法实现。使用现有的功能实现允许用户从测试和已知的功能中组装其机器人应用程序。尽管ROS-Industrial Consortium和Rosin这样的项目努力将ROS带到工业应用和整合工业硬件，但我们观察缺乏在普遍整合基本物理IO的选择。在这项工作中，我们通过为ROS实现通用Modbus / TCP设备驱动程序来安置并提供解决此问题。
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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。
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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。
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实现自动化车辆和外部服务器，智能基础设施和其他道路使用者之间的安全可靠的高带宽低度连通性是使全自动驾驶成为可能的核心步骤。允许这种连接性的数据接口的可用性有可能区分人造代理在连接，合作和自动化的移动性系统中的功能与不具有此类接口的人类操作员的能力。连接的代理可以例如共享数据以构建集体环境模型，计划集体行为，并从集中组合的共享数据集体学习。本文提出了多种解决方案，允许连接的实体交换数据。特别是，我们提出了一个新的通用通信界面，该界面使用消息排队遥测传输（MQTT）协议连接运行机器人操作系统（ROS）的代理。我们的工作整合了以各种关键绩效指标的形式评估连接质量的方法。我们比较了各种方法，这些方法提供了5G网络中Edge-Cloud LiDAR对象检测的示例性用例所需的连接性。我们表明，基于车辆的传感器测量值的可用性与从边缘云中接收到相应的对象列表之间的平均延迟低于87毫秒。所有实施的解决方案均可为开源并免费使用。源代码可在https://github.com/ika-rwth-aachen/ros-v2x-benchmarking-suite上获得。
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This paper gives an overview of ROS, an opensource robot operating system. ROS is not an operating system in the traditional sense of process management and scheduling; rather, it provides a structured communications layer above the host operating systems of a heterogenous compute cluster. In this paper, we discuss how ROS relates to existing robot software frameworks, and briefly overview some of the available application software which uses ROS.
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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。
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我们认为，利用公共，跨平台，语言 - 不可止结的包管理器和jupyter紧密地耦合广泛使用的机器人操作系统，这是有益的，这是一种提供科学计算的基于网络的互动计算环境。我们为公务员提供新的ROS套餐，可以轻松地安装ROS沿着数据科学和机器学习套件。多个ROS版本（目前ROS1 Melodic和Neatic以及ROS2 Foxy和Galactic）可以同时在一台机器上运行，具有适用于Linux，Windows和OSX的预编译二进制文件，以及ARM架构（例如Raspberry PI和新的苹果硅）。要处理ROS生态系统的大尺寸，我们通过重写C ++的关键零件来显着提高公共求解器和构建系统的速度。我们进一步为ROS提供了一系列jupyterlab扩展，包括用于实时绘图，调试和机器人控制的插件，以及与ZETHU的紧密集成，RVIZ如可视化工具。罗布斯特克在一起结合了最好的数据科学和机器人世界，帮助研究人员和开发人员为学术和工业项目建立定制解决方案。
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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。
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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。
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ROS 2迅速成为机器人行业的标准。基于DDS作为其默认通信中间件并用于安全至关重要的场景中，将安全性添加到机器人和ROS计算图中越来越引起人们的关注。目前的工作介绍了SROS2，这是一系列开发人员工具和库，可促进ROS 2图添加安全性。为了关注SROS2中以可用性为中心的方法，我们提出了一种在遵循DevSecops模型时系统地保护图形的方法。我们还通过提出了一项应用程序案例研究来证明使用安全工具的使用，该案例研究考虑使用Puctor Navigation2和SLAM Toolbox Stacks在Turtlebot3机器人中应用的图形。我们分析了SROS2的当前功能，并讨论了这些缺点，从而为未来的贡献和扩展提供了见解。最终，我们将SROS2呈现为ROS 2的可用安全工具，并认为如果没有可用性，机器人技术的安全性将受到极大的损害。
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边缘计算是一个将数据处理服务转移到生成数据的网络边缘的范式。尽管这样的架构提供了更快的处理和响应，但除其他好处外，它还提出了必须解决的关键安全问题和挑战。本文讨论了从硬件层到系统层的边缘网络体系结构出现的安全威胁和漏洞。我们进一步讨论了此类网络中的隐私和法规合规性挑战。最后，我们认为需要一种整体方法来分析边缘网络安全姿势，该姿势必须考虑每一层的知识。
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机器人正在集成更大尺寸的模型以丰富功能并提高准确性，从而导致控制力计算压力。因此，机器人在计算功率和电池容量中遇到瓶颈。雾或云机器人技术是解决这些问题的最期待的理论之一。云机器人技术的方法已从系统级到节点级别开发。但是，当前的节点级系统不够灵活，无法动态适应变化的条件。为了解决这个问题，我们提出了Elasticros，该Elasticros将当前的节点级系统演变为算法级别。 Elasticros基于ROS和ROS2。对于FOG和Cloud Robotics，它是第一个具有算法级协作计算的机器人操作系统。 Elasticros开发弹性协作计算，以实现对动态条件的适应性。协作计算算法是Elasticros的核心和挑战。我们抽象问题，然后提出一种称为Elasaction的算法以解决。这是一种基于在线学习的动态行动决策算法，它决定了机器人和服务器的合作方式。该算法会动态更新参数，以适应机器人当前所在的条件的变化。它根据配置将计算任务的弹性分配到机器人和服务器上。此外，我们证明了弹性的遗憾上限是sublinear，它保证了其收敛性，因此使Elasticros在其弹性上保持稳定。最后，我们对机器人技术的常见任务进行了Elasticros进行实验，包括SLAM，GRASPING和HUMAN-OBOT对话，然后在延迟，CPU使用和功耗中测量其性能。算法级弹性弹性的性能明显优于当前的节点级系统。
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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。
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基于代理的建模（ABM），仿真（ABS）和分布式计算（ABC）是建立的方法。互联网和基于Web的技术是合适的运营商。本文是一份技术报告，其中具有JavaScript Agent Machine（JAM）平台的某些教程，以及使用AgentJS编程的代理程序，该代理是广泛使用的JavaScript编程语言的子集，用于编程基于移动状态的反应性代理。除了解释特定设计选择的动机以及在JavaScript中介绍架构和代理编程的核心概念外，简短示例还说明了JAM平台的功能及其组件，用于部署大型多机构系统在强大的强大中诸如互联网之类的异质环境。果酱适合在强大的异质和移动环境中部署。最后，果酱可用于ABC以及在统一方法中用于ABS，最终使移动人群感测和模拟（ABS）。
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近年来，物联网设备的数量越来越快，这导致了用于管理，存储，分析和从不同物联网设备的原始数据做出决定的具有挑战性的任务，尤其是对于延时敏感的应用程序。在车辆网络（VANET）环境中，由于常见的拓扑变化，车辆的动态性质使当前的开放研究发出更具挑战性，这可能导致车辆之间断开连接。为此，已经在5G基础设施上计算了云和雾化的背景下提出了许多研究工作。另一方面，有多种研究提案旨在延长车辆之间的连接时间。已经定义了车辆社交网络（VSN）以减少车辆之间的连接时间的负担。本调查纸首先提供了关于雾，云和相关范例，如5G和SDN的必要背景信息和定义。然后，它将读者介绍给车辆社交网络，不同的指标和VSN和在线社交网络之间的主要差异。最后，本调查调查了在展示不同架构的VANET背景下的相关工作，以解决雾计算中的不同问题。此外，它提供了不同方法的分类，并在雾和云的上下文中讨论所需的指标，并将其与车辆社交网络进行比较。与VSN和雾计算领域的新研究挑战和趋势一起讨论了相关相关工程的比较。
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为了在工业生产中更广泛地采用AI，足够的基础设施能力至关重要。这包括简化AI与工业设备的集成，对分布式部署，监视和一致的系统配置的支持。现有的IIOT平台仍然缺乏以开放的，基于生态系统的方式灵活整合可重复使用的AI服务和相关标准（例如资产管理壳或OPC UA）的功能。这正是我们采用高度可配置的基于低代码的方法来解决我们下一个级别的智能工业生产生产生产Ecosphere（IIP-Ecosphere）平台所解决的问题。在本文中，我们介绍了该平台的设计，并根据启用AI支持的视觉质量检查的演示者讨论了早期评估。在这项早期评估活动中，学到的见解和教训补充了这一点。
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分布式机器人系统在很大程度上依赖于支持它的Publish-Subscriber通信范式和中间件框架，例如机器人操作系统（ROS），以有效地实现模块化计算图。 ROS 2执行程序是一个处理ROS 2消息的高级任务调度程序，是性能瓶颈。我们扩展了ROS2_Tracing，这是一个带有仪器和用于实时跟踪ROS 2的工具的框架，并在分布式ROS 2系统中分析和可视化消息流的分析和可视化。我们的方法检测输入和输出消息之间的一对多因果关系，包括通过简单的用户级注释，包括间接因果链接。我们在合成和真实机器人系统上验证了我们的方法，并证明了其低运行时开销。此外，可以进一步利用基本的中间执行表示数据库来提取其他指标和高级结果。这可以提供有价值的时机和调度信息，以进一步研究和改善ROS 2执行者，并优化任何ROS 2系统。源代码可在以下网址获得：https：//github.com/christophebedard/ros2-message-flow-analysis。
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AI / Compling在Scale是一个难题，特别是在医疗保健环境中。我们概述了要求，规划和实施选择，以及导致我们安全的研究计算平台，埃森医疗计算平台（EMCP）的实施的指导原则，与德国主要医院隶属。遵从性，数据隐私和可用性是系统的不可变的要求。我们将讨论我们的计算飞地的功能，我们将为希望采用类似设置的团体提供我们的配方。
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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。
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