Methoden zur Aufgabenverteilung und Kooperation von mobilen Multi-Roboter-Systemen
Bearbeiter
Dr.-Ing. Chun Liu
Zeitraum
September 2009 - August 2014
Förderung
Kurzbeschreibung
Aufgabenverteilung in Multirobotersystemen (Multi-Robot Task Allocation, MRTA) ist eines der Forschungsthemen bei mobilen Multi-Roboter-Systemen. MRTA verknüpft die Verteilung und den Zeitpunkt verschiedener Aufgaben für eine Gruppe von Robotern, um die Zielfunktion zu minimieren oder zu maximieren, wobei operative Randbedingungen berücksichtigt werden müssen. Dieses Problem ist ein kombinatorisches Optimierungsproblem.
Viele zentrale und dezentrale Algorithmen wurden zur Lösung des MRTA-Problems vorgeschlagen, z. B. Greedy-Algorithmen, Simulierte Abkühlung, Evolutionäre Algorithmen, verhaltensbasierte Algorithmen und marktbasierte Algorithmen. Die Leistungsfähigkeit der genannten Algorithmen ist stark von der Anwendungen und den Anforderungen abhängig. Somit kann ein geeigneter Algorithmus nur für eine bestimmte Problemklasse erstellt werden.
Das Zielproblem ist die effiziente Inspektion industrieller Anlagen, um Gaslecks mit einem Multi-Roboter-System zu finden. Das Bild zeigt einen untersuchten Fall aus einem Tanklager einer Ölraffinierie. Bei diesem Inspektionsproblem können die Aufgaben folgendermaßen klassifiziert werden:
Aufgaben für einzelne Roboter: Jede Aufgabe wird auf einer individuellen Inspektionsposition durch einen Roboter ausgeführt.
Aufgaben für zwei Roboter (durch gestrichelte Linien verbunden): Jede Aufgabe verlangt zwei miteinander kooperierende Roboter, um die Aufgabe gleichzeitig auf zwei speziellen Inspektionspositionen auszuführen.
Das Bild zeigt eine Lösung für die Anwendung von MRTA auf das Inspektionsproblem. Wie im Bild zu sehen ist, erstellt MRTA nicht nur eine einfache Verteilung und Reihenfolge der Aufgaben, sondern berücksichtigt auch Roboterverbünde für Zwei-Roboter-Aufgaben, die räumlichen und zeitlichen Randbedingungen in das Optimierungsproblem bringen.
Da eine gute Aufgabenverteilung eine effizientere Ablaufplanung liefert (z. B. geringere Kosten, kürzere Zeiten), ist es das Ziel dieser Forschung, eine Methode zu finden, die optimale Lösungen für Inspektionsprobleme mit Multi-Roboter-Systemen liefern kann.
Diese Forschung ist eines der Themen im RoboGasInspector-Projekt das die Inspektion von Industrieanlagen mittels Multi-Roboter-Systemen zum Auffinden von Gaslecks erforscht.