Automatisierungstechnik und Prozessinformatik

Coverage Control

• F. Littek:
  Experimentelle Erprobung kooperativer Steuerungen für einen Roboterschwarm
  Masterarbeit, Lehrstuhl ATP, Ruhr-Universität Bochum, 2020.
  
  Abstract:
  Bei Multiagentensystemen handelt es sich um einen Verbund aus physikalisch entkoppelten Regelstrecken, die Agenten genannt werden, dezentral geregelt werden und gemäß einer Kommunikationsstruktur Informationen miteinander austauschen. Diese Masterarbeit befasst sich mit der Kollisionsvermeidung mehrerer solcher Agenten, die sich in einer gemeinsamen Ebene bewegen. Zu diesem Zweck werden drei verschiedene Demonstrationsprozesse an der Versuchsanlage SAMS implementiert: Eine Transition mehrerer Agenten zu individuellen Zielpositionen, ein Coverage Control Szenario, bei dem sich mehrere Agenten auf einer gegebenen Fläche verteilen, und eine abstandsbasierte Formationsbildung. Die Agentendynamik ist dabei durch die nichtholonome Dynamik der an der Versuchsanlage eingesetzten mobilen Roboter gegeben. Die Kommunikation wird während der gesamten Arbeit gemäß der Delaunay-Triangulation realisiert, sodass jeder Agent jederzeit geografisch nahegelegene Kommunikationspartner besitzt. Die Regelung der Roboter erfolgt potentialfeldbasiert, dezentral sowie ohne Trajektorienplanung. Dazu werden zwei Regler entwickelt, die das bekannte Konzept der potentialfeldbasierten Regelung auf die nichtholonome Roboterdynamik erweitern. Für jeden Demonstrationsprozess werden geeignete Teilpotentiale entwickelt und experimentell parametriert. Für das Coverage Control Szenario werden außerdem Algorithmen entwickelt, mit denen sich die verteilten Zielpositionen dezentral berechnen lassen. Die abschließenden Experimente zeigen, dass eine potentialfeldbasierte Regelung der nichtholonomen Roboter möglich ist und die Zielstellungen erreicht werden können. Dabei kann aufgrund von Verzögerungen und Stellgrößenbeschränkungen seitens der Roboter nicht für Kollisionsfreiheit garantiert werden. In der Praxis treten Kollisionen jedoch nur in Ausnahmesituationen auf.