Enhancing remote operation of Turtlebot for seamless off-site access and collaboration

This thesis addresses the challenge of remote operation of the Turtlebot3, a widely used educational and research robot, to enable seamless off-site access and collaboration. With the increasing need for remote accessibility in education and research, especially highlighted by the COVID-19 pandemic, there is a significant demand for robust solutions that allow for effective remote interaction with robotic platforms. The primary objectives of this research are to establish a secure and reliable framework for remotely controlling a simulated Turtlebot3 using a Raspberry Pi 4 and a PC connected via Chisel and Wireguard, SSH Tunneling and OpenVPN, WebRTC, and n2n, and to evaluate the system's performance. The methodology involves several key steps: setting up a comprehensive simulated environment in Gazebo to emulate the Turtlebot3, configuring ROS 2 Humble on both the Raspberry Pi and the PC, and establishing a secure remote connection using the aforementioned methods. Chisel is used for tunneling and Wireguard for VPN, OpenVPN over SSH Tunnel for secure point-to-point connections, WebRTC for peer-to-peer communication, and n2n for VPN over HTTP. This setup enables real-time control and interaction with the simulated Turtlebot3 from a remote location, facilitating extensive testing and development without the need for physical hardware. This research evaluates the performance of the remote operation system through a series of experiments, focusing on metrics such as latency, reliability, and user experience. The results demonstrate that the system can achieve effective remote control with minimal latency and high reliability, meeting the critical requirements for seamless off-site access. The findings indicate that the proposed framework can significantly enhance remote collaboration and accessibility in robotics education and research. The contributions of this thesis are twofold. Firstly, it provides a detailed implementation guide for setting up and configuring a remote operation system for Turtlebot3 using various methods, which can serve as a valuable resource for educators, researchers, and developers. Secondly, it offers insights into the challenges and solutions associated with remote robot control, contributing to the broader field of teleoperation and remote robotics. By addressing these aspects, this thesis aims to advance the state of the art in remote robotics and facilitate greater accessibility and collaboration in the field. Overall, this research demonstrates the feasibility and effectiveness of enhancing the remote operation of Turtlebot3, providing a framework that can be adapted and expanded for various educational and research applications. This work not only bridges the gap between physical presence and remote accessibility but also lays the groundwork for future innovations in remote robotics.

Questa tesi affronta la sfida dell'operazione remota del Turtlebot3, un robot ampiamente utilizzato nell'educazione e nella ricerca, per consentire un accesso e una collaborazione senza soluzione di continuità a distanza. Con la crescente necessità di accessibilità remota nell'educazione e nella ricerca, soprattutto evidenziata dalla pandemia di COVID-19, vi è una significativa domanda di soluzioni robuste che permettano un'interazione remota efficace con le piattaforme robotiche. Gli obiettivi principali di questa ricerca sono di stabilire un quadro sicuro e affidabile per il controllo remoto di un Turtlebot3 simulato utilizzando un Raspberry Pi 4 e un PC collegati tramite Chisel e Wireguard, SSH Tunneling e OpenVPN, WebRTC e n2n, e valutare le prestazioni del sistema. La metodologia coinvolge diversi passaggi chiave: impostare un ambiente simulato completo in Gazebo per emulare il Turtlebot3, configurare ROS 2 Humble sia sul Raspberry Pi che sul PC, e stabilire una connessione remota sicura utilizzando i metodi sopra citati. Chisel è utilizzato per il tunneling e Wireguard per la VPN, OpenVPN su SSH Tunnel per connessioni punto-punto sicure, WebRTC per la comunicazione peer-to-peer e n2n per la VPN su HTTP. Questa configurazione consente il controllo in tempo reale e l'interazione con il Turtlebot3 simulato da una posizione remota, facilitando test e sviluppo estesi senza la necessità di hardware fisico. Questa ricerca valuta le prestazioni del sistema di operazione remota attraverso una serie di esperimenti, concentrandosi su metriche come latenza, affidabilità e esperienza utente. I risultati dimostrano che il sistema può ottenere un controllo remoto efficace con una latenza minima e un'alta affidabilità, soddisfacendo i requisiti critici per un accesso remoto senza soluzione di continuità. I risultati indicano che il quadro proposto può migliorare significativamente la collaborazione e l'accessibilità remota nell'educazione e nella ricerca in robotica. I contributi di questa tesi sono due. In primo luogo, fornisce una guida dettagliata per l'implementazione dell'installazione e configurazione di un sistema di operazione remota per Turtlebot3 utilizzando vari metodi, che può servire come risorsa preziosa per educatori, ricercatori e sviluppatori. In secondo luogo, offre approfondimenti sulle sfide e soluzioni associate al controllo robotico remoto, contribuendo al campo più ampio della teleoperazione e della robotica remota. Affrontando questi aspetti, questa tesi mira ad avanzare lo stato dell'arte nella robotica remota e facilitare una maggiore accessibilità e collaborazione nel campo. In generale, questa ricerca dimostra la fattibilità e l'efficacia dell'ampliare l'operazione remota del Turtlebot3, fornendo un quadro che può essere adattato ed espanso per varie applicazioni educative e di ricerca. Questo lavoro non solo colma il divario tra presenza fisica e accessibilità remota, ma pone anche le basi per future innovazioni nella robotica remota.