scholarly journals A Cyber Collaborative Protocol for Real-Time Communication and Control in Human-Robot-Sensor Work

2021 ◽  
Vol 16 (3) ◽  
Author(s):  
Puwadol Oak Dusadeerungsikul ◽  
Shimon Y. Nof
Keyword(s):  
Information Sharing ◽  
Real Time ◽  
Current Practice ◽  
Normal Operation ◽  
Cyber Physical System ◽  
Sustainable Competitive Advantage ◽  
Agricultural Work ◽  
Effective Performance ◽  
Information Delay ◽  
And Control

Real-time communication and control are essential parts of the Cyber Physical System (CPS) to optimize effective performance and reliability. To gain a sustainable competitive advantage with Automation 5.0, as needed in Work-of-the-Future, this article addresses the concept of real-time communication and control in the case of an agricultural work setting, along with a newly designed Cyber Collaborative Protocol, called CCP-RTC2. The developed protocol aims to minimize information delay and maximize JIN (Just In Need) information sharing, to enable collaborative decisions among system agents. Two experiments are conducted to compare the designed protocol’s performance in agricultural CPS against the current non-CPS practice. The results demonstrate that the CCP-RTC2 is superior compared with current practice in terms of information sharing in a normal operation scenario. When the system obtains an unplanned request, the CCP-RTC2 can integrate such a request to the original work plan while minimizing the system’s objective function (lower is better). Hence, the system has relatively smaller information delays, as well as better timely information shared with system agents that need it.

scholarly journals Real-time simulation of a cat-scale artificial cerebellum on PEZY-SC processors

2017 ◽  
Vol 33 (1) ◽  
pp. 155-168 ◽  
Author(s):  
Tadashi Yamazaki ◽  
Jun Igarashi ◽  
Junichiro Makino ◽  
Toshikazu Ebisuzaki
Keyword(s):  
Real Time ◽  
Peak Performance ◽  
Physiological Data ◽  
Real Time Simulation ◽  
Time Simulation ◽  
Spiking Network ◽  
Effective Performance ◽  
Motor Learning And Control ◽  
Time Motor ◽  
And Control

The cerebellum is a part of the brain that plays essential roles in real-time motor learning and control and even cognitive functions. Thanks to the large amount of anatomical and physiological data, we implemented a spiking network model of the cerebellum on Shoubu, an energy-efficient supercomputer with 1280 PEZY-SC processors at RIKEN. Our artificial cerebellum consists of more than one billion neurons, which is comparable to the whole cerebellum of a cat. Using 1008 of 1280 processors on Shoubu, we achieved real-time simulation, that is, a computer simulation of the model for 1 s completes within 1 s of the real world with temporal resolution of 1 ms. Effective performance was estimated as 68 teraflops in single-precision floating points, suggesting 2.6% of peak performance. We expect that the artificial cerebellum will be applicable to various engineering applications, such as robotics and brain-style artificial intelligence.

Control design, simulation and validation of a turbo-machinery auxiliary plant

2016 ◽  
Vol 231 (4) ◽  
pp. 849-863 ◽  
Author(s):  
Roberto Conti ◽  
Pierluca D’Adamio ◽  
Emanuele Galardi ◽  
Enrico Meli ◽  
Daniele Nocciolini ◽  
...  
Keyword(s):  
Real Time ◽  
Control Strategy ◽  
Oil And Gas ◽  
Control Valve ◽  
Oil And Gas Industry ◽  
Lumped Parameter Model ◽  
Normal Operation ◽  
Physical Plant ◽  
Turbo Machinery ◽  
And Control

In the oil and gas industry, the testing of auxiliary lubrication plants represents an important preliminary activity before the whole turbo machinery train (including the auxiliary lubrication plant) can be put in operation. Therefore, the employment of both efficient and accurate plant models becomes mandatory to synthesize satisfactory control strategies both for testing and normal operation purposes. For this reason, this paper focuses on the development of innovative real-time models and control architectures to describe and regulate auxiliary lubrication plants. In particular, according to the Bond-Graph modelling strategy, a novel lumped parameter model of the lube oil unit has been developed to properly optimize the behaviour of this unit if it is controlled. The code has been compiled and uploaded on a commercial real-time platform, employed to control the pressure control valve of the physical plant, for which a new controller has been developed. The comparison between the data obtained from the simulated system and acquired from the physical plant shows good agreement and the good performance and reliability of the proposed model and control strategy. The modelling approach and the control strategy have been developed in collaboration with GE Nuovo Pignone S.p.a. while the experimental data were acquired in a plant located in Ptuj (Slovenia).

Trajectory Planning and Control of a Quadrotor Choreography for Real-Time Artist-in-the-Loop Performances

2018 ◽  
Vol 06 (01) ◽  
pp. 1-13 ◽  
Author(s):  
Michael El-Jiz ◽  
Luis Rodrigues
Keyword(s):  
Real Time ◽  
Musical Instrument ◽  
Generator System ◽  
Shaping Filter ◽  
Planning And Control ◽  
Time Interaction ◽  
Effective Performance ◽  
Main Components ◽  
And Control ◽  
Trajectory Generator

This paper proposes a systematic methodology for the guidance, control, and navigation of a quadrotor to perform a choreographed dance in real-time as a function of, and interacting with, the music performed by an artist-in-the-loop. This methodology allows for a real-time interaction with improvized music by an artist based on the pitch of the acoustic signal being played without prior knowledge of the music. The four main components of a human choreography (namely, the notions of space, shape, time and structure) are analyzed and mathematically formulated for a robotic performance. A new approach for mapping music features to trajectory parameters is proposed, as well as the design of a trajectory shaping filter based on two coefficients that are set in real-time by an artist through a MIDI foot-pedal board. The proposed approach maps motion parameters and the music to trajectory motifs that are then switched in harmony with the chord structure. The overall system is validated in a hardware-in-the-loop simulation where the hardware will consist of the musical instrument and the foot pedals. In the simulation, the trajectory generator system is inverted to generate a sequence of music pitches from the actual trajectory of the quadrotor. The music generated by the quadrotor is then played back to the musician allowing for real-time interaction. The simulation results show that the proposed methodology yields an effective performance for a quadrotor choreography based on the real-time interaction with a musician. The proposed system was successfully used by an artist as can be seen in a video link to the work described in this paper and listed in the conclusions.

Prototype Architecture of the Medical Cyber Physical System Based on Grid Computing

2012 ◽  
Vol 433-440 ◽  
pp. 884-889
Author(s):  
Peng Zhang ◽  
Peng Ju He ◽  
Ming Chen
Keyword(s):  
Grid Computing ◽  
Real Time ◽  
Physical System ◽  
Feedback Loops ◽  
Cyber Physical System ◽  
High Confidence ◽  
Research Challenges ◽  
Hard Real Time ◽  
And Control ◽  
Monitor And Control

Medical Cyber-Physical System (CPS) is integrations of computation and medical processes. Embedded computers and networks monitor and control the medical processes, usually with feedback loops where medical processes affect computations and vice versa. The medical CPS has many unique features, such as high-confidence, hard–real-time, highly-cooperative, highly- interoperative, etc. In this paper, a prototype architecture of medical CPS based on grid computing is proposed. It is argued that this architecture captures the essential attributes of a medical CPS and lead to identification of many research challenges.

scholarly journals Design and development of a cyber-physical system (CPS) for adaptive scheduling and control of manufacturing systems

2019 ◽  
Author(s):  
Αικατερίνη Βλάχου
Keyword(s):  
Wireless Sensor Networks ◽  
Real Time ◽  
Machine Tools ◽  
Manufacturing Systems ◽  
Adaptive Scheduling ◽  
Condition Based Maintenance ◽  
Wireless Sensor ◽  
Cyber Physical System ◽  
Time Condition ◽  
And Control

Η μεταποίηση (manufacturing) , μέσω και της 4ης Βιομηχανικής Επανάστασης, κινείται προς την επόμενη φάση της αυτή της ψηφιοποίησης. Ο ψηφιακός μετασχηματισμός της βιομηχανικής παραγωγής απαιτεί διεργασίες υψηλής απόδοσης, ευέλικτα και προσαρμοστικά συστήματα παραγωγής τα οποία όμως οδηγούν σε αύξησή της πολυπλοκότητας. Επιπλέον, η έλλειψη επικοινωνίας μεταξύ των υπαρχόντων τεχνολογιών πληροφορίας και επικοινωνιών (ICT) στην παραγωγή και η απουσία της υποδομής για την αυτοματοποιημένη διαχείριση και την επαναχρησιμοποίηση της γνώσης μπορούν να οδηγήσουν σε δυσκολίες στην επικοινωνία και την μετάδοση της πληροφορίας. Συνοψίζοντας, στα σημερινά συστήματα παραγωγής υπάρχουν εργαλεία τεχνολογίας πληροφορικής τα οποία χρησιμοποιούνται για τον προγραμματισμό της παραγωγής καθώς και της συντήρησης, τα οποία δεν επικοινωνούν επαρκώς μεταξύ τους αλλά σε πολλές περιπτώσεις λειτουργούν ανεξάρτητα. Συνεπώς, συχνά, οι πληροφορίες αλλά και η γνώση παραμένουν μέσα στα όρια ενός συγκεκριμένου τμήματος μιας επιχείρησης και δεν διαδίδονται στις υπόλοιπες επιχειρησιακές δραστηριότητες της εταιρίας έτσι ώστε να ενημερώνονται όλα τα τμήματα και τα πληροφορικά συστήματα μιας επιχείρησης και να λαμβάνονται αποφάσεις με βάση την πραγματική κατάσταση της παραγωγής αλλά και της επιχείρησης γενικότερα.Η διατριβή αυτή λαμβάνοντας υπ’ όψη τις κύριες προκλήσεις της ψηφιοποιημένης βιομηχανικής παραγωγής, επικεντρώνεται στον σχεδιασμό και υλοποίηση ενός ευρύτερου συστήματος ικανού να συλλέξει σημαντικά δεδομένα από τα διάφορα τμήματα της παραγωγής σε σχεδόν πραγματικό χρόνο, να τα μεταφέρει μέσω της χρήσης ασύρματων συστημάτων και να τα αναλύσει με την χρήση τεχνικών επεξεργασίας δεδομένων, σε περιβάλλον Cloud. Μετά την ανάλυση των δεδομένων, η παραγόμενη πληροφορία χρησιμοποιείται για τον προσαρμοστικό χρονοπρογραμματισμό της παραγωγής καθώς και της συντήρησης με βάση την πραγματική κατάσταση της παραγωγής.H ερευνητική συνεισφορά της συγκεκριμένης διατριβής επικεντρώνεται στα ακόλουθα σημεία:1. Διερεύνηση των κύριων προκλήσεων ώστε να υλοποιηθεί ο στόχος της ψηφιοποιημένης βιομηχανικής παραγωγής2. Σχεδιασμός και υλοποίηση ενός συστήματος παρακολούθησης της κατάστασης της παραγωγής, χαμηλού κόστους και ευέλικτου, ικανού να συλλέξει δεδομένα από τα διάφορα τμήματα της παραγωγής σε πραγματικό χρόνο, να τα μεταφέρει μέσω της χρήσης ασύρματων συστημάτων (wireless sensor networks) και βιομηχανικών πρωτόκολλων επικοινωνίας (industrial communication standards). Μέσω του συστήματος αυτού αναγνωρίζεται και παρακολουθείται η κατάσταση της μηχανής, η ενεργειακή της κατανάλωση, το ποσοστό χρήσης της μηχανής καθώς και η κατάσταση υλοποίησης των τρεχόντων εργασιών3. Προσδιορισμός και υπολογισμός σε πραγματικό χρόνο σημαντικών δεικτών απόδοσης όπως ο πραγματικός χρόνος χρήσης της μηχανής, η κατάστασή της, η ενεργειακή κατανάλωσή της, και ο διαθέσιμος χρόνος μέχρι την επόμενη συντήρηση της μηχανής (KPIs monitoring).4. Σχεδιασμός και υλοποίηση αλγορίθμου και λογισμικού για τον προσαρμοστικό προγραμματισμό της παραγωγής βασισμένο στην πραγματική κατάσταση της παραγωγής. Διασύνδεση και επικοινωνία μεταξύ του συστήματος παρακολούθησης της κατάστασης της παραγωγής και του συστήματος προγραμματισμού της παραγωγής (Adaptive scheduling based on real-time monitoring).5. Σχεδιασμός και υλοποίηση αλγορίθμου και εφαρμογής επαυξημένης πραγματικότητας για τον πραγματισμό της συντήρησης των μηχανών βασισμένα σε δεδομένα που συλλέγονται σε πραγματικό χρόνο από το σύστημα παρακολούθησης των μηχανών (condition based maintenance of machine tools based on their real-time condition supported by advanced simulation (AR))6. Ανάπτυξη των παραπάνω εργαλείων σε περιβάλλον cloud για την αποτελεσματικότερη επικοινωνία μεταξύ τους. (cloud-based environment for advanced communication)7. Η εφαρμογή και επαλήθευση των αλγορίθμων καθώς και των εργαλείων λογισμικού τα οποία σχεδιάσθηκαν και αναπτύχθηκαν πραγματοποιήθηκε σε πραγματικό βιομηχανικό περιβάλλον μικρομεσαίας επιχείρησης κατασκευής καλουπιών, βιομηχανίας κατασκευής λευκών ηλεκτρικών συσκευών και σε ένα τυπικό μηχανουργείο. Επιλέχθηκαν και μικρομεσαίες επιχειρήσεις για την εφαρμογή των αποτελεσμάτων της διατριβής καθώς αποτελούν το 90% των Ευρωπαϊκών επιχειρήσεων.

Microstructural investigation of surface roughness in MBE-grown AlAs

1995 ◽  
Vol 53 ◽  
pp. 454-455
Author(s):  
R. Rajesh ◽  
R. Droopad ◽  
C. H. Kuo ◽  
R. W. Carpenter ◽  
G. N. Maracas
Keyword(s):  
Thin Film ◽  
Real Time ◽  
Growth Control ◽  
Native Oxide ◽  
Effusion Cell ◽  
Surface Oxide Layer ◽  
Microstructural Investigation ◽  
Mbe Growth ◽  
Film Substrate ◽  
And Control

Knowledge of material pseudodielectric functions at MBE growth temperatures is essential for achieving in-situ, real time growth control. This allows us to accurately monitor and control thicknesses of the layers during growth. Undesired effusion cell temperature fluctuations during growth can thus be compensated for in real-time by spectroscopic ellipsometry. The accuracy in determining pseudodielectric functions is increased if one does not require applying a structure model to correct for the presence of an unknown surface layer such as a native oxide. Performing these measurements in an MBE reactor on as-grown material gives us this advantage. Thus, a simple three phase model (vacuum/thin film/substrate) can be used to obtain thin film data without uncertainties arising from a surface oxide layer of unknown composition and temperature dependence.In this study, we obtain the pseudodielectric functions of MBE-grown AlAs from growth temperature (650°C) to room temperature (30°C). The profile of the wavelength-dependent function from the ellipsometry data indicated a rough surface after growth of 0.5 μm of AlAs at a substrate temperature of 600°C, which is typical for MBE-growth of GaAs.

Adaptive Signal Analysis and Interpretation for Real-time Intelligent Patient Monitoring

1994 ◽  
Vol 33 (01) ◽  
pp. 60-63 ◽  
Author(s):  
E. J. Manders ◽  
D. P. Lindstrom ◽  
B. M. Dawant
Keyword(s):  
Computer Architecture ◽  
Real Time ◽  
Data Abstraction ◽  
Monitoring Strategy ◽  
Intelligent Monitoring ◽  
Patient Status ◽  
On Line ◽  
Main Components ◽  
And Control ◽  
Adaptive Signal

Abstract:On-line intelligent monitoring, diagnosis, and control of dynamic systems such as patients in intensive care units necessitates the context-dependent acquisition, processing, analysis, and interpretation of large amounts of possibly noisy and incomplete data. The dynamic nature of the process also requires a continuous evaluation and adaptation of the monitoring strategy to respond to changes both in the monitored patient and in the monitoring equipment. Moreover, real-time constraints may imply data losses, the importance of which has to be minimized. This paper presents a computer architecture designed to accomplish these tasks. Its main components are a model and a data abstraction module. The model provides the system with a monitoring context related to the patient status. The data abstraction module relies on that information to adapt the monitoring strategy and provide the model with the necessary information. This paper focuses on the data abstraction module and its interaction with the model.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document