Abstract

An autonomous mobile robot requires the integration of a set of sensors, actuators, and a control system. In contrast to monolithic designs with a central processor, we focus on a distributed system for the sake of parallel processing, complexity reduction, reuse of components, maintainability, and the flexibility to change the set-up of an existing robot according to its actual task. To achieve these goals, it is necessary to precisely define a communication architecture fulfilling the following requirements: (i) comprehensibility -- in order to support users in the application of the system and to reduce faults induced by human error, (ii) real-time communication -- since the instrumentation of sensors and actuators of a mobile robot is a hard real-time problem, (iii) flexibility in implementation -- since the nodes of the system may be built using different processors of different performance, (iv) support for computer-aided set-up and configuration, (v) support for diagnosis and maintenance. The objective of this project is to develop a generic communication system for mobile robots that supports the interconnection of a set of distributed sensors, actuators, data processing and control nodes. The system will be based upon a time-triggered architecture and implemented for the Tinyphoon robot platform as a case study.

Projektkurzfassung

Ein Steuerungssystem für einen autonomen mobilen Roboter benötigt Daten von vielen unterschiedlichen Subsystemen, wie zum Beispiel Sensoren, Aktuatoren und Regelungssystemen. Anstatt eines monolithischen Systems empfiehlt sich hierbei der Ansatz eines verteilten Systems, um Parallelität, Komplexitätsreduktion, wiederverwendbare Komponenten, Wartbarkeit und Flexibilität zu unterstützen. Um diese Forderungen zu erzielen, muss die Kommunikation zwischen den Komponenten folgende Eigenschaften erfüllen: (i) Verständlichkeit (um Einarbeitungszeit und Konfigurationsfehler zu minimieren) (ii) Echtzeitfähigkeit (die Interaktion mit der Umgebung erfordert harte Echtzeiteigenschaften) (iii) Platformunabhängigkeit (die einzelnen Komponenten verwenden teilweise stark unterschiedliche Hardware) (iv) Unterstützung bei Konfigurationsvorgängen (v) Schnittstellen für Diagnose und Wartung des Systems Das Ziel dieses Projektes ist die Konzeption und der Aufbau eines generischen Kommunikationssystems für autonome mobile Roboter, welches die Kommunikation zwischen Sensoren, Aktuatoren, und Berechnungseinheiten auf der Basis eines zeitgesteuerten Kommunikationsschemas unterstützt. Als Fallstudie wird hierbei die Roboterplattform Tinyphoon herangezogen.