Mejorar la resiliencia de los sistemas multi-robots basados en ROS 2 con Kubernetes: un estudio de caso sobre el...

Área de la Ciencia:

• La robótica
• Sistemas distribuidos
• Computación de borde

Sus antecedentes:

• El Sistema Operativo de Robots (ROS) 2 es ampliamente adoptado para aplicaciones multi-robots, pero el despliegue en hardware heterogéneo es un desafío.
• Los sistemas multiagente estrechamente coordinados, como la localización basada en banda ultra ancha (UWB), son vulnerables a las fallas de un solo agente.
• Kubernetes ofrece orquestación, pero su integración con ROS 2 para aplicaciones robóticas específicas necesita evaluación.

Objetivo del estudio:

• Evaluar la integración de Kubernetes con ROS 2 para un sistema de localización multi-robot basado en UWB.
• Evaluar la resistencia y la robustez del sistema frente a fallas de los agentes en un despliegue en el mundo real.
• Para demostrar la mitigación de errores de alcance UWB utilizando módulos de memoria larga a corto plazo (LSTM) en los nodos de borde.

Principales métodos:

• Se orquestó un clúster de borde utilizando Kubernetes, que comprende seis dispositivos NVIDIA Jetson Nano (uno por robot) y una computadora portátil.
• Las aplicaciones ROS 2 se implementaron en los nodos de borde, incluidos los módulos de mitigación de errores de alcance UWB basados en LSTM.
• Las fallas fueron inducidas sistemáticamente en varias combinaciones de nodos de borde y módulos para probar la respuesta del sistema.

Principales resultados:

• El sistema integrado Kubernetes y ROS 2 demostró resistencia a fallas de agentes y módulos individuales.
• Los errores de posición se analizaron bajo diferentes escenarios de falla, cuantificando la robustez del sistema.
• La mitigación de errores basada en LSTM abordó efectivamente los errores de rango de UWB en la configuración de múltiples robots.

Conclusiones:

• La orquestación de Kubernetes mejora el despliegue y la administración de aplicaciones ROS 2 en sistemas complejos de múltiples robots.
• El sistema propuesto ofrece una solución robusta para la localización relativa basada en UWB, capaz de tolerar fallas de agentes.
• Esta integración proporciona un marco escalable y resistente para la investigación y el despliegue de robótica avanzada.