Avaliação experimental de desempenho de rede para detecção de colisão de interação humano-robô usando câmeras

Autores

DOI:

https://doi.org/10.33448/rsd-v11i8.30543

Palavras-chave:

AMQP; MQTT; Interação Humano Robô; Comunicação de Rede; Ensino.

Resumo

Uma solução prática para detecção de colisão humano-robô usando dispositivos comumente encontrados em locais de trabalho, como câmeras 2D, requer planejamento e avaliação completos das restrições de rede que podem negar acesso oportuno e processar dados de contexto importantes coletados por dispositivos IoT. Neste estudo, avaliamos o comportamento dos protocolos de aplicação AMQP e MQTT para transmissão de imagens de câmeras. Examinamos a sobrecarga de pacotes para cada protocolo ao transmitir sinais de vídeo. Além disso, avaliamos o impacto do atraso de transmissão no tempo total de decisão desde o momento em que a câmera captura uma imagem até o momento em que é decidido se há ou não uma colisão robô-humano. Por fim, também avaliamos uma plataforma de código aberto para emular Mininet-wifi sem fio, buscando entender o nível de influência que ela teria nos resultados. Os resultados mostram que a sobrecarga de transmissão representa até 80% do tempo total de decisão e que o protocolo AMQP leva cerca de 5% menos tempo de transmissão que o MQTT. Os resultados também mostram que o uso de aceleradores de hardware, como uma GPU, aumenta em 37 vezes o número de detecções. Descobrimos que o tamanho da imagem a ser transmitida e as comunicações sem fio não influenciaram os resultados para nosso cenário. Além disso, notamos também que o uso de emulação através do Mininet-wifi não influencia negativamente no comportamento dos experimentos.

Referências

Breivold, H. P., & Sandstrom, K. (2015). Internet of Things for Industrial Automation -- Challenges and Technical Solutions. 2015 IEEE International Conference on Data Science and Data Intensive Systems. https://doi.org/10.1109/dsdis.2015.11

Embitel. (2018). 7 Most Commonly Used Sensors for Developing Industrial IoT Solutions. Available in:. https://www.embitel.com/blog/embedded-blog/7-most-commonly-used-sensors-for-developing-industrial-iot-solutions.

Fontes, R. R., Afzal, S., Brito, S. H. B., Santos, M. A. S., & Rothenberg, C. E. (2015). Mininet-WiFi: Emulating software-defined wireless networks. 2015 11th International Conference on Network and Service Management (CNSM). https://doi.org/10.1109/cnsm.2015.7367387

Gemirter, C. B., Senturca, C., & Baydere, S. (2021). A Comparative Evaluation of AMQP, MQTT and HTTP Protocols Using Real-Time Public Smart City Data. 2021 6th International Conference on Computer Science and Engineering (UBMK). https://doi.org/10.1109/ubmk52708.2021.9559032

Halder, M., Sheikh, M. N., Rahman, M., Rahman, M. (2018, 07). Performance analysis of coap, 6lowpan and rpl routing protocols of iot using cooja simulator. International Journal of Scientific and Engineering Research, 9 , 1671-1677.

Jaloudi, S. (2019). Communication Protocols of an Industrial Internet of Things Environment: A Comparative Study. Future Internet, 11(3). doi:10.3390/fi11030066

Jeong B. Y. (2021). Prevalence of occupational accidents and factors associated with deaths and disabilities in the shipbuilding industry: Comparisons of novice and skilled workers. Work (Reading, Mass.), 69(3), 997–1005. https://doi.org/10.3233/WOR-213530

Jovanović, J. i Jovanović, M. (2004). Occupational Accidents and Injuries: Results of a Safety Preventive Programme. Arhiv za higijenu rada i toksikologiju, 55 (4), 261-268. Preuzeto s https://hrcak.srce.hr/254

Matsas, E., Vosniakos, G.-C. (2017). Design of a virtual reality training system for human–robot collaboration in manufacturing tasks. International Journal on Interactive Design and Manufacturing (IJIDeM), 11 (2), 139– 153.

Microsoft, . D. (2019). 2019 Manufacturing Trends Report. Avail- able in:. https://info.microsoft.com/rs/157-GQE-382/images/EN-US-CNTNT-Report-2019-Manufacturing-Trends.pdf.

Moraes, T., Nogueira, B., Lira, V., & Tavares, E. (2019). Performance Comparison of IoT Communication Protocols. 2019 IEEE International Conference on Systems, Man and Cybernetics (SMC). https://doi.org/10.1109/smc.2019.8914552

Mohammed, A., Schmidt, B., Wang, L. (2017). Active collision avoidance for human–robot collaboration driven by vision sensors. International Journal of Computer Integrated Manufacturing, 30 (9), 970–980.

Naik, N. (2017). Choice of effective messaging protocols for IoT systems: MQTT, CoAP, AMQP and HTTP. 2017 IEEE International Systems Engineering Symposium (ISSE). https://doi.org/10.1109/syseng.2017.8088251

of Labor Statistics, B. (2021). Employer-reported Workplace Injuries and Ill- nesses - 2020. https://www.bls.gov/news.release/pdf/osh.pdf.

Rajak, R., Chattopadhyay, A., Maurya, P. (2021). Accidents and injuries in workers of iron and steel industry in west bengal, india: Prevalence and associated risk factors. International Journal of Occupational Safety and Ergonomics, 0 (0), 1-8. Retrieved from https://doi.org/10.1080/ 10803548.2021.2012021 (PMID: 34842067) doi: 10.1080/10803548.2021

.2012021

Silva, I. R. R., Barbosa, G. B. N., Ledebour, C. C. D., Filho, A. T. O., Kelner, J., Sadok, D., … Souza, R. (2020). Assessing Deep Learning Models for Human-Robot Collaboration Collision Detection in Industrial Environments. Intelligent Systems, 240–255. doi:10.1007/978-3-030-61377-8_17

T. Sultana, & K. A. Wahid. (2019). Choice of Application Layer Protocols for Next Generation Video Surveillance Using Internet of Video Things. IEEE Access, 7, 41607–41624. doi:10.1109/ACCESS.2019.2907525

Thangavel, D., Ma, X., Valera, A.C., Tan, H., & Tan, C.K. (2014). Performance evaluation of MQTT and CoAP via a common middleware. 2014 IEEE Ninth International Conference on Intelligent Sensors, Sensor Networks and Information Processing (ISSNIP), 1-6.

Uy, N.Q., & Nam, V.H. (2019). A comparison of AMQP and MQTT protocols for Internet of Things. 2019 6th NAFOSTED Conference on Information and Computer Science (NICS), 292-297.

Y. Wang, X. Ye, Y. Yang, & W. Zhang. (2017). Hand Movement Prediction Based Collision-Free Human-Robot Interaction. doi:10.1109/CVPRW.2017.72

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Publicado

17/06/2022

Como Citar

OLIVEIRA FILHO, A. T. de .; BARBOSA, G.; RODRIGUES, I. R. .; CANI, C.; KELNER, J.; SADOK, D.; SOUZA, R. Avaliação experimental de desempenho de rede para detecção de colisão de interação humano-robô usando câmeras. Research, Society and Development, [S. l.], v. 11, n. 8, p. e8811830543, 2022. DOI: 10.33448/rsd-v11i8.30543. Disponível em: https://rsdjournal.org/index.php/rsd/article/view/30543. Acesso em: 12 set. 2024.

Edição

Seção

Ciências Exatas e da Terra