Vergleich von verteilten Architekturansätzen zur Steuerung autonomer Roboter am Beispiel des Ninebot Loomo

Abstract

In dieser Arbeit werden zwei Middleware-Lösungen zum Einsatz in autonomen Robotersystemen untersucht: das Robot Operating System (ROS) und die selbst entwickelte Middleware RoboLink. Ziel der Arbeit ist es, die Stärken und Schwächen beider Ansätze unter verschiedenen Aspekten, wie der Leistung, Effizienz und Benutzerfreundlichkeit zu untersuchen. Während ROS ein standardisiertes, weit verbreitetes Framework mit einem umfangreichen Ökosystem darstellt, wurde RoboLink entwickelt um Schwachstellen von ROS zu adressieren, wie etwa den Single Point of Failure und die fehlende Unterstützung für eine asynchrone, bidirektionale Kommunikation. Die Analyse beinhaltet verschiedene Tests zur Bewertung der Umlaufzeit, des Durchsatzes und des Ressourcenverbrauchs der beiden Middleware-Lösungen. Die Tests wurden auf allgemeingültigen Systemen durchgeführt, um Erkenntnisse zu gewinnen, die auf verschiedene Roboterplattformen übertragbar sind. Die Ergebnisse zeigen, dass RoboLink insbesondere bei der Leistung und Effizienz überlegen ist, ROS hingegen bietet durch ein breites Ökosystem klare Vorteile für Projekte, die viel zusätzliche Funktionalität erfordern. Die Arbeit diskutiert zum Abschluss die Limitationen und die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf den Loomo. Auÿerdem gibt sie einen Ausblick auf zukünftige Forschungsfelder, wie die Integration weiterer Roboterplattformen und die Ausführung von Tests direkt auf dem Loomo.

This thesis examines two middleware solutions for use in autonomous robotic systems: the Robot Operating System (ROS) and a custom middleware RoboLink. The objective of the work is to investigate the strengths and weaknesses of both approaches under various aspects, such as performance, efficiency and usability. While ROS is a standardized, widely adopted Framework with an extensive ecosystem, RoboLink was developed to address ROS's weaknesses, such as the single point of failure and the lack of support for asynchronous, bidirectional communication. The analysis includes different tests to evaluate the round trip time, throughput and resource consumption of the two middleware solutions. The tests were conducted on general purpose machines to gain insights that can be transferred to diffeerent robotic platforms. The results show that RoboLink is superior in terms of performance and efficiency while ROS offers clear advantages due to its broad ecosystem for projects that require a lot of additional functionality. The thesis discusses the limitations and transferability of the results to the Loomo. It also provides an outlook on future research, for example the integration of other robotic platforms and the conducting of tests directly on the Loomo.