无线传感机器人

智能机器人在无线传感器网络中的应用

无线机器人:一个高度有前途的标准化情况

文摘：

与巨大的移动机器人是一个活跃的研究领域,尚未开发的潜力—对于家庭使用,应用于工业和生产,为老人在医院护理,以及在许多其他领域。为了实现的可能性未来的机器人,有许多障碍要克服在大众市场可以在这些个人发展段。本文讨论了有关的主要挑战采用无线机器人和适宜性的一个全面的概述现有的无线技术,认为在这个快速标准化的必要性推进区域。

关键词无线机器人·标准化·无线个人合作机器人

1介绍

无线是超越作为主要的连接方式连接到互联网;现在有5亿互联网连接服务器/ pc机与二十亿手机的4亿年互联网有能力)。关于传感器,它们的部署才刚刚开始其中约100亿预计将活跃在2020[1]。已经开发预测,2017年七万亿年无线设备将服务于七万亿年地球居民意味着人均1000无线设备将活性[2]。这些设备不仅属于传统的移动电话,也对健康和医疗、智能家居、智能汽车和无线电频率识别(RFID)的应用程序。除了频谱效率,这对网络体系结构提出了挑战。的主要挑战是如何做的适当的网络潜在的兆在几个GHz无线设备带宽(3、4)。

此场景与所谓的自组织网络(儿子),这是以自我配置、自助服务、自我认识、自我意识和自我维护功能。网络具有自组织能力的例子包括:自组网、无线传感器网络(网络)和无线接入网络网。儿子是分散的,这意味着相比数量有限的信息集中式网络。一个关键问题是量化和最小化所需的信息交换一个儿子的节点,这样仍然表现将是可接受的。

移动机器人是一个活跃的研究领域与巨大的、尚未开发的潜力—对于家庭使用,应用在工业和生产,为老年保健医院以及在其他领域。为了实现未来的可能性机器人,有许多障碍要克服大众市场才能发展在这些个人部分。最大的障碍之一是,目前没有无线通信技术可以满足机器人系统的具体需求。在更详细地定义这

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些需求之前,我们注意到机器人可以被认为是高度一般的载具系统的复杂的情况下。标准为这一领域的开发,因此,发现应用程序在其他领域,例如闭环控制的驱动器通过简单的家用电器和工业机器的马达组件失败的安全通信的电动汽车充电站。

机器人特定家庭机器人是大众产品,可以对价格非常敏感。因此,这类产品可以大大受益于廉价、可靠和透明的通信技术。

主要论述了采用无线机器人和相关的挑战概述现有无线技术的适用性,同时认为需要在这个迅速发展的区域标准化。本文进一步组织如下。第二节列出了无线通信类型的机器人。第三节提出了这一概念超级智能无线个人机器人(SIWPR)。

第四节总结了纸。

2通信类型对于无线机器人技术

原则上,有必要对标准化领域的三种基本类型的通信

机器人技术:

(1)(移动)机器人之间的通信和固定基站:例如,机器人在实时条件下的远程控制,使机器人能够获得访问互联网,或者联系机器人从互联网上,等这包括一个“广播方式”,如。数量、分布环境信息收到机器人。

(2)机器人之间的通信基站。机器人应该能够与一个或直接沟通(可能很大)的同行,当他们进入传输范围。这是强制性的每次执行任务联合。,共同携带负载,还联合感觉任务,如分布式探索环境和地图构建。这将涉及到操作模式网络自组织、特别的和。

(3)机器人本身的各个组件之间的通信。内部布线的机器人可以变得非常笨拙,甚至混乱和最终难以管理它可能影响机器人的机动性。这是特别重要的人形机器人多自由度和需要控制的执行机构及时和高度同步命令。

为例(1),基于现有技术的无线连接,例如IEEE 802。X,是在常规使用简单的任务。然而,结果的传输质量,延迟鲁棒性,特别是不尽如人意。例(2)可以想象的网络接入点的混合物为多点链接,但这也不是令人满意。最后,(iii)名叫网络类型可以成为标准化的基础上,提供这个应用程序所需的通信参数要求成功的满足。

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2.1通信参数无线机器人

这取决于应用程序和通信类型、网络的要求链接会相差很大。然而,可以确定最低服务限制质量包括带宽、延迟时间、可接受的压缩损失,参数整体网络安全相关的和最小的端到端可靠性/可用性。这些都可以根据机器人分组类型(如。、移动、固定相结合),(如用例，气动执行机构控制、传感器数据通信加密减弱高带宽、闭环控制在远程设备),应用程序(多通道人机接口,视频传输数据流,通过机器视觉算法需要处理),等等这样的分组将需要仔细研究的完整的机器人系统,现有的现在和外推走向未来。

为系统的定价和生产所需时间第一个标准,高度的重用现有的构建块,在协议和条款标准,但还在系统参考架构、硬件模块和软件层。然而,这样的迁移选项不应该成为发展的障碍过程的最优标准无线机器人。

2.2为测试和部署场景

无线机器人,从本质上说,复杂空间分布式载网络高可变性在带宽和服务运动类型动态变化环境在不断变化的网络结构和拓扑。此外,这些系统用于环境特点是潜力巨大的电磁干扰。无线电信号的传播特性显著不同,当机器人自己,巨大的产品或机器移动。这可能影响预配置的数据通路公司并导致重路由的必要性。此外,还可能频率变化必要的和不断适应调制类型,等这需要开发智能和灵活的技术,例如儿子,技术灵活的频谱使用(认知无线电)和自动链接适应,例如智能功率控制、多个天线和多路径技术,自适应调制和编码。

自网络应用程序安全性至关重要,必须保证最低质量服务。保证这些安全特性的一种方法可能的支持和多播通信。在正常操作期间,单播通信节省带宽,保证整体质量。在紧急情况下,可能的数据而不是被淹没到网络,保证及时接待水槽(多个或单水槽)。

显然,对当前通信需求和快速适应变化实时环境条件是必须的。这可以通过一个可重构网络堆栈,这也可以新的建模和编程范式的基础实现高度复杂的载具的最优通信网络在这种动态的和不利的环境。

能够适应这种变化,组件之间的互操作性和网络栈,沟通的质量和结果应用

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的例子理想的情况下可以在测试场景和互操作性测试中心,这应该吗被设置为标准开发的一部分。

2.3网络的角度

在技术发展的开始,多个机器人与沟通功能被认为是一个客户机-服务器之间的通信原型机器人和类型一个访问点。现在,作为一个对团队发展无线特别支持的机器人网络,连接机器人的主要动机是为了实现一个共同的使命机器人分布式和并行的方式。

在许多实际应用中,这种方法更有效和经济方法用一个智能机器人。然而,机器人之间有效的沟通在组织行为的协调困难问题。群机器人将很大程度上自治与复杂的协作行为完成常见任务。启用这样的意识带来质疑很多目前现有的基本交流范例。反过来,这将打开方式新颖应用的通信系统,这可以被视为ICT-based应用程序。实时无线通信可以提供帮助动态资源管理和自我组织的团队合作机器人。的多个机器人相互通信,共享相同的任务。在这方面无线通信是一个很好的候选人机器人间通讯信息交换[5]。

由于这种发展,也许更重要的是,机器对机器通信(M2M)将迅速成为使加工在

——一样重要的通信方式人类,人机界面或人与人之间的信息交换。这种范式转变,沟通对之间的平均距离将不断减少。这缩短距离将塑造广播网有限干扰得多。的随机性网络将会扩展的节点的移动性,干扰,和精力消费。上述挑战的答案在于聪明,聪明的和自组织无线通信的设计。

3智能无线个人合作机器人(SIWPR)

其中的主要目标之一的智能无线个人合作机器人(SIWPR)是人类在场景减少需要它意味着高风险人类,例如。处理有毒废物,在核电站运营,灭火或救援任务。实现SIWPR关键概念是无线合作网络机器人，利用一切可以利用的消费电子产品在家里/室内场景构建聪明的儿子。

这种网络的节点可以是任何设备,如。手机、电视、通俗的电器、机器人等。这里的关键问题是构建无线网络可以构建、优化和保持在一个聪明的、灵活的、

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自组织的方式。

满足技术要求的安全、安全、服务质量、延迟将是挑战在这种非结构化环境,缺乏集中协调的地方假设,而不是传统的户外蜂窝网络。事实上,在一个大系统有许多移动机器人,所有的机器人变得难以交换信息一次,因为他们的通信能力有限,在这种情况下,一个特别的机器人网络方案更有前途的[6]。

3.1 SIWPR和个人区域网络

取得了很多成就领域的个人区域网络(PAN)这些可以被再利用为了发展机器人无线个人通信。在这方面,一个重要的作用是磁铁,磁铁——由欧盟资助的项目之外,旨在提供一个有竞争力的技术优势为欧洲关键领域,旨在实现欧洲公民的期望为全球PN的平台系统,确保可伸缩的、分散的和具有成本效益的沟通[7]。

提供一个支持服务在紧急情况下如电话。一个重要的商业案例，锅是娱乐和教育上的娱乐,机器人和其他家用电器可以通过语音通信和指挥如引起用之不竭的机会娱乐内部。

3.2 SIWPR安全,安全和营救

灾害发生在短的时间内,通常是意想不到的,在他们离开之后数量的人员伤亡和严重的基础设施的破坏。这些灾害是由于自然原因(地震、火灾、洪水、飓风、流行或组合)人造(工业事故、恐怖主义和战争)。

协调救援受灾地区需要尽快,所以进一步减少邪恶的影响。在这样的场景之间的通信是至关重要的利害关系方,即救援和安全组,建立尽可能快速和容易,理想的插头和播放或零配置的方式。基础设施——这一事实等基础网络部署区域可能摧毁了需要新的替代品和沟通模式,理想情况下基础设施少,和分散无线技术。无线自组网的机器人可以运用效率如帮助灾区固定化平民。

安全、保障和救援机器人技术是一个重要的应用领域,可以视为一个典型的例子,一个领域,网络移动机器人用于开发非结构化环境对人类难以接近或危险。遥控操作安全,安全,救援机器人(SSRR)必须和任务的行为水平,一个操作员触发短时,自主行为,分别并监督整个团队自主操作机器人。因此,一个重要的大量的异构数据显、地图、目标点,受害者数据,etc.must传播[8]。