Cloud Robotics: Architecture, Challenges and Applications

ABSTRACT

We extend the computation and information sharing capabilities of networked robotics by proposing a cloud robotic architecture. The cloud robotic architecture leverages the combination of an ad-hoc cloud formed by machine-to-machine (M2M) communications among participating robots, and an infrastructure cloud enabled by machine-to-cloud (M2C) communications. Cloud robotics utilizes an elastic computing model, in which resources are dynamically allocated from a shared resource pool in the ubiquitous cloud, to support task offloading and information sharing in robotic applications. We propose and evaluate communication protocols, and several elastic computing models to handle different applications. We discuss the technical challenges in computation, communications and security, and illustrate the potential benefits of cloud robotics in different applications.

INTRODUCTION

Robotic systems have brought significant socioeconomic impacts to human lives over the past few decades . For example, industrial robots (especially robot manipulators) have been widely deployed in factories to do tedious, repetitive, or dangerous tasks, such as assembly, painting, packaging, and welding. These reprogrammed robots have been very successful in industrial applications due to their high endurance, speed, and precision in structured factory environments. To extend the functional range of these robots or to deploy them in unstructured environments, robotic technologies are integrated with network technologies to foster the emergence of networked robotics. A networked robotic system refers to a group of robotic devices that are connected via a wired and/or wireless communication network . Networked robotics pplications can be classified as either teleoperated robots or multi-robot systems. In the former case, a human operator controls or manipulates a robot at a distance by sending commands and receiving measurements via the communication network. Application examples include remote control of a planetary rover and remote medical surgery. In the latter case, a team of networked robots complete a task cooperatively in a distributed fashion by exchanging sensing data and information via the communication network. Examples include cooperative robot manipulators, a team of networked robots performing search and rescue missions, and a group of micro satellites working cooperatively in a desired formation.

چکیده

ما محاسبات و قابلیت های به اشتراک گذاری اطلاعات روباتیک شبکه را با پیشنهاد معماری روباتیک ابر گسترش می دهیم. معماری رباتیک ابر ترکیبی از یک ابر اختصاصی را ایجاد می کند که بوسیله ارتباطات ماشین (ماشین) به دستگاه (M2M) در میان روبات های شرکت کننده و یک ابر زیرساختی بوسیله ارتباطات ماشین به Cloud (M2C) فعال می شود. ابر روباتیک از یک مدل محاسباتی الاستیک استفاده می کند که در آن منابع به طور پویا از یک استخر منابع مشترک در ابر همه جا اختصاص داده می شوند تا از بارگیری و اشتراک اطلاعات در برنامه های روباتیک پشتیبانی شود. ما پیشنهاد و بررسی پروتکل های ارتباطی و چندین مدل محاسباتی الاستیک برای رسیدگی به برنامه های مختلف. ما درباره چالش های فنی در محاسبات، ارتباطات و امنیت بحث می کنیم و مزایای بالقوه روباتیک ابر در برنامه های مختلف را نشان می دهیم.

مقدمه

سیستم های رباتیک تاثیرات اجتماعی و اقتصادی زیادی را در طول چند دهه گذشته به زندگی انسانی به ارمغان آورده اند. به عنوان مثال، روبات های صنعتی (به ویژه روبات ها) در کارخانه ها به کار گرفته شده اند تا کارهای خسته کننده، تکراری و یا خطرناکی مانند مونتاژ، نقاشی، بسته بندی و جوشکاری انجام دهند. این ربات های برنامه ریزی شده با توجه به استقامت، سرعت و دقت بالا در محیط کارخانه سازمانی، در برنامه های کاربردی صنعتی بسیار موفق بوده اند. برای گسترش محدوده عملکردی این روباتها یا استفاده از آنها در محیطهای غیر ساختاری، فناوریهای روباتیک با تکنولوژیهای شبکه تلفیق شده اند تا ظهور روباتیک شبکهای را تقویت کنند. یک سیستم روباتیک شبکه به گروهی از دستگاه های رباتیک اشاره دارد که از طریق یک شبکه ارتباطی سیمی و یا بی سیم متصل می شوند. روباتیک های شبکه ای می توانند به عنوان یک روبات از راه دور یا چند ربات استفاده شوند. در مورد اول، یک اپراتور انسانی، با ارسال دستورات و دریافت اندازه گیری ها از طریق شبکه ارتباطی، یک ربات را در فاصله کنترل و یا دستکاری می کند. مثال های کاربردی شامل کنترل از راه دور یک راننده سیاره ای و جراحی پزشکی از راه دور است. در مورد دوم، تیمی از روباتهای شبکه، با همکاری داده ها و اطلاعات سنجش از طریق شبکه ارتباطات، یک کار مشترک را به صورت توزیع انجام می دهند. نمونه هایی از این دست شامل روبات های تعاونی، گروهی از روبات های شبکه ای هستند که ماموریت های جستجو و نجات را انجام می دهند و گروهی از ماهواره های کوچک همکاری می کنند که در شکل گیری مورد نظر قرار می گیرند.

Year: 2012

Publisher : IEEE

By : Guoqiang Hu, Wee Peng Tay, and Yonggang Wen