Çoklu-robotların Ortak Calışması Ve Koordinasyonu İçin Tümleşik Bir Planlama, Görev Atama Ve Yürütme Mimarisi

Abstract

Bu doktora çalışması, bir çoklu robot sisteminin karmaşık bir görevi tümüyle otonom olarak yerine getirmek üzere görev paylaşımı, atama ve yürütme problemini hedef almıştır. Farklı uygulama alanlarında geçerli olan bir çok durum ve kısıtlama irdelenerek problem, Ortaklaşa Görev Yürütme Probleminin bir parçası olan, Koordineli Görev Seçim Problemi olarak formüle edilmiş ve çözüm olarak yeni bir dağıtılmış çoklu-robot ortak çalışma mimarisi (DEMiR-CF) önerilmiştir. Bu yeni yaklaşım, artımlı görev seçimi, dağıtılmış görev ataması ve yürütme zamanında hata kotarmayı bütünleşik olarak gerçeklemekte ve robotların çoklu kaynak gereksinimi olan ve birbirlerine bağımlı görevlerin oluşturduğu karmaşık görevleri etkin şekilde yerine getirmesini sağlamaktadır. Yeni yaklaşımın başarımını ölçmek üzere hem benzetim ortamlarında, hem de gerçek robotlar üzerinde, farklı uygulama alanları için deneyler gerçeklenmiştir. Böylelikle, mimarinin bir çok uygulama alanına uygulanabilirliği doğrulanmıştır. Deneylerde elde edilen sonuçlar DEMiR-CF mimarisinin başarımını, etkinliğini, ölçeklenebilirliğini ve hataya dayanıklılığını göstermektedir. Çalışmada, önerilen mimariye ek olarak, mimarinin kullanıldığı değişik uygulama alanları için, robotlara uygulanabilir çözümler de üretilmiştir.

This PhD research investigates the multi-robot task allocation and execution problem in the context of autonomous achievement of a mission. Several real-time and real-world issues and limitations are analyzed for different application domains. Then, the problem is formulated as Coordinated Task Selection Problem for each robot in a decentralized setting to solve the reformulated Cooperative Mission Achievement Problem. To solve the formulated problem, a novel decentralized multi-robot cooperation framework (DEMiR-CF) is proposed. The new approach integrates incremental task selection, distributed task allocation and contingency handling mechanisms to be performed during runtime in a single framework for efficient achievement of complex missions involving both resource constrained and interrelated tasks. Experiments to analyze performance of the new approach are conducted on different application domains in both simulations and in real environments with real robots. Therefore, the applicability of the general framework to span a wide variety of domains is validated. Obtained results validate efficiency, scalability and robustness of DEMiR-CF. In addition to the proposal of this new framework, in this study, real-world applicable solutions are also provided by using DEMiR-CF for separate application domain problems.