Verteilte Systemarchitektur für mobile Roboter

Jahn U (2021)
Bielefeld: Universität Bielefeld.

Bielefelder E-Dissertation | Deutsch
 
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OA 12.38 MB
Autor*in
Jahn, Uwe
Gutachter*in / Betreuer*in
Abstract / Bemerkung
Bei mobilen Robotern gibt es zahlreiche Ansätze für Systemarchitekturen, sowohl als monolithisches, als auch als verteiltes System innerhalb eines Roboters. Ziel der vorliegenden Dissertation ist die Entwicklung einer allgemeingültigen Systemarchitektur für einen typischen mobilen Roboter. Zur Definition eines typischen mobilen Roboters wird eine Taxonomie aus Klassen, Anwendungsgebieten, Fähigkeiten und technischen Realisierungen von mobilen Robotern aufgrund einer umfangreichen Literaturrecherche erarbeitet.

Die Systemarchitektur wird in Form eines konzeptionellen Modells beschrieben. Als grundlegende Struktur wird ein verteiltes System aus der Drei-Schichten Architektur des OCM verwendet. Die drei hierarchisch getrennten Schichten bestehen aus einer Controller-Ebene, mindestens einem reflektorischen Operator und einem kognitiven Operator. Die Controller sind direkt mit den Sensoren und Aktuatoren des Roboters verbunden, weshalb die Einhaltung von harter Echtzeit erforderlich ist. Der kognitive Operator hingegen wird zur Optimierung des Systems verwendet und muss nicht echtzeitfähig realisiert werden, sodass das konzeptionelle Modell die Ausführung des kognitiven Operators in der Cloud vorsieht. Neben der Struktur werden im konzeptionellen Modell Schnittstellen und Funktionen wie z. B. Watchdogs zur Erhöhung der Sicherheit (Safety) erläutert. Außerdem werden mit dem Motion, Health und Perception Controller typische Systemkomponenten für mobile Roboter definiert.

Das konzeptionelle Modell wird zudem experimentell umgesetzt. Hierzu wird die Entwicklung des mobilen Roboters DAEbot gezeigt. Der Prototyp setzt die OCM-basierte Systemarchitektur als verteiltes System aus diversen SBCs um. Durch die Nutzung von vergleichsweise energieeffizienten SBCs in Kombination mit dem cloudbasierten kognitiven Operator, ist der DAEbot energieeffizient und kann trotzdem auf ausreichend Rechenkapazität zurückgreifen. Die Umsetzung enthält u. a. die Entwicklung einer Toolbox zur modellbasierten Entwicklung, die Erweiterung des CAN-Busses und die Einbindung der Cloud. Mittels eines im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Analyse-Tools namens pulseAT wird die Systemauslastung aller Rechner des verteilten Systems überwacht, an zentraler Stelle gesammelt und analysiert. Hierbei wird u. a. die Antwortzeit der einzelnen Rechner, sowie die Einhaltung der Echtzeit überprüft. Dies erhöht die Zuverlässigkeit des mobilen Roboters.

Die Evaluation des konzeptionellen Modells und die experimentelle Realisierung in Form des DAEbots zeigen, dass sowohl die Realisierung eines verteilten Systems, als auch die OCM Struktur und die Einbindung der Cloud für mobile Roboter sinnvoll sind. Zudem ist ein experimentelles Framework für verteilte Robotiksysteme für zukünftige Projekte entstanden.
Jahr
2021
Seite(n)
329
Page URI
https://pub.uni-bielefeld.de/record/2959706

Zitieren

Jahn U. Verteilte Systemarchitektur für mobile Roboter. Bielefeld: Universität Bielefeld; 2021.
Jahn, U. (2021). Verteilte Systemarchitektur für mobile Roboter. Bielefeld: Universität Bielefeld. https://doi.org/10.4119/unibi/2959706
Jahn, Uwe. 2021. Verteilte Systemarchitektur für mobile Roboter. Bielefeld: Universität Bielefeld.
Jahn, U. (2021). Verteilte Systemarchitektur für mobile Roboter. Bielefeld: Universität Bielefeld.
Jahn, U., 2021. Verteilte Systemarchitektur für mobile Roboter, Bielefeld: Universität Bielefeld.
U. Jahn, Verteilte Systemarchitektur für mobile Roboter, Bielefeld: Universität Bielefeld, 2021.
Jahn, U.: Verteilte Systemarchitektur für mobile Roboter. Universität Bielefeld, Bielefeld (2021).
Jahn, Uwe. Verteilte Systemarchitektur für mobile Roboter. Bielefeld: Universität Bielefeld, 2021.
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2021-12-02T14:47:10Z
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