使用 ROS 集成 MQTT 的远程机器人驱动框架

这篇论文的标题是《使用 ROS 集成 MQTT 的远程机器人驱动框架》。以下是对论文主要内容的整理：

摘要

• 论文提出了一个框架，通过将机器人操作系统（ROS）与消息队列遥测传输（MQTT）协议集成，使用户能够从任何互联网连接的设备远程指挥和驱动机器人。

• 论文标题: "A Framework for Remote Robot Actuation using ROS Integrated with MQTT"
• 会议名称: 2024 International Technical Conference on Circuits/Systems, Computers, and Communications (ITC-CSCC)
• 出版信息: ©2024 IEEE
• DOI: 10.1109/ITC-CSCC62988.2024.10628235

1. 引言

• 讨论了 ROS 作为机器人开发的主要框架，以及其发布-订阅通信模型如何促进节点间的健壮交互。
• 指出了 ROS 传统通信方法主要限于单计算机执行的限制，并强调了远程控制机器人的需求。

2. 相关工作

• 探讨了 ROS 和 MQTT 在机器人领域的融合，以及如何利用这两种技术增强机器人控制、通信和数据交换。

3. 提出的方法

• 详细介绍了将 MQTT 与 ROS 集成以增强机器人执行器远程控制的方法。
• 描述了系统设计组件，包括 MQTT 代理、ROS_MQTT_Processor 节点、ROS_Serial 节点、远程客户端和机器人执行器。
• 阐述了系统实现的步骤，从机器人执行器准备到 MQTT 代理初始化，再到命令输入和传输。

4. 原型和测试

• 使用 Arduino Nano Board 作为微控制器，Nema17 步进电机作为执行器，创建了一个原型来测试系统设计。
• 系统在 ROS Noetic 和 Ubuntu 20.04 上运行，使用 Mosquitto 版本 2.0.18 和 MQTT 协议版本 3.1。
• 通过网络时间协议（NTP）同步了本地和远程计算机的时钟，并在代码中加入了 Unix 时间戳，以评估系统的传输延迟和准确性。

5. 结果

• 测试结果显示，通过网络发送命令（远程设备）与在同一设备内发送命令（本地）之间存在显著差异。
• 远程传输的平均延迟为 0.189 毫秒，而本地传输仅为 0.007 毫秒。
• 尽管传输延迟存在差异，但电机执行的准确性保持在 100%。

6. 结论

• 论文提出了一种利用 ROS 和 MQTT 集成的机器人驱动控制系统设计。
• 集成成功地促进了远程命令传输和精确的电机控制，特别是在分散或远程环境中的分散通信。
• 研究揭示了本地和远程通信之间显著的延迟差异，对于需要精确实时控制的应用，可能需要考虑使用其他协议。

致谢

• 论文最后感谢了所有参与和支持这项研究的人员和机构。

参考文献

• 列出了用于撰写论文的相关文献，涵盖了 ROS、MQTT、机器人通信、安全和远程控制等领域的研究。

附录

• 包含了 GitHub 链接，提供了所有代码的访问，供读者参考。

论文的核心贡献是展示了如何通过集成 ROS 和 MQTT 来实现机器人的远程精确控制，这对于远程维护、灾难响应和远程手术干预等多种应用场景都具有重要意义。