COMBO – Kombination von Planung, Selbst-Organisation und Rekonfiguration in einem Roboterensemble zur Ausführung von ScORe Missionen

• Antragsteller: Professor Dr. Wolfgang Reif
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik ; Softwaretechnik und Programmiersprachen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 402956354

Dem Einsatz von Mobilen Multi-Roboter-Systemen wird sowohl im industriellen Umfeld als auch in der Forschung verstärkt Aufmerksamkeit geschenkt. Diese Entwicklung ist u.a. durch die vereinfachte Steuerung der Geräte zu erklären, die mittels hochentwickelter Elektronik, fortschreitender Miniaturisierung und leistungsfähigerer Regelungstechnik erreicht wird. Während Anwendungen im Bereich der Personensuche/–rettung bereits seit Jahren von diesen Entwicklungen in verschiedensten Projekten profitieren, wird das Potential von Multi-Roboter Anwendungen nun auch in anderen Bereichen wahrgenommen. Zu diesen sind die Klimaforschung, die dezentrale Überwachung kritischer Infrastrukturen und der Einsatz in Großschadenslagen (wie etwa Gasunfällen, Flutsituationen, Großbränden u. ä.) zu zählen.All diese Anwendungen enthalten gemeinsame Handlungsschritte, die sich in sog. ScORe Missionen zusammenfassen lassen. Der erste Schritt ist eine Suche (Search - S), gefolgt von einem Schritt zur durchgängigen Überwachung (continuously Observe - cO) und einem dritten Schritt zur angemessenen Reaktion (React – Re). Erste Ansätze haben gezeigt, dass sich Ensembles aus Flug- und Bodenrobotern für die Bearbeitung solcher ScORe Missionen eignen. Diese Ansätze beschränken sich oftmals auf einzelne Schritte einer ScORe Mission oder sind für eine spezielle Anwendung zugeschnitten. Spezifische Anforderungen an die notwendigen Roboterfähigkeiten in bestimmten Anwendungen oder Umgebungen machen dies bislang notwendig. Neben unterschiedlichen Anforderungen durch die jeweilige Aufgabenstellung muss das Ensemble auch mit Unsicherheiten umgehen können, die typischerweise während der Bearbeitung von ScORe Missionen auftreten. Dies sind z.B. Ausfälle von Robotern zur Laufzeit, nicht vollständig bekannte Ausgangsbedingungen (Umgebungsbeschreibung/-zustand) beim Einsatz des Ensembles sowie sich verändernde Einsatzumgebungen. Diese Unsicherheiten erschweren die Vorabberechnung vollständiger Handlungspläne für alle teilnehmenden Roboter. Somit ist in komplexen ScORe Missionen der Bedarf an Anpassungen zur Laufzeit zu erkennen. Unser Projekt zielt darauf ab eine Referenzarchitektur für Roboterensembles zu entwickeln, um die vorab beschriebene Art von Missionen bearbeiten zu können, wobei der Fokus auf Flugroboter und Bodenroboter gelegt werden soll. Zu diesem Zweck kombinieren wir klassische Planungstechniken mit Selbstorganisationsmechanismen um es dem Roboterensemble zu ermöglichen sich möglichst autonom an unvorhergesehene Situationen innerhalb des Ensembles oder der Umwelt anzupassen und angemessen zu reagieren. Somit sollen zeitintensive Neuplanungen vermieden werden. Um den dazu notwendigen Handlungsspielraum für das Roboterensemble zu schaffen, schlagen wir vor, existierende modulare Hardware um semantische Beschreibungen zu erweitern. Dies erlaubt es dem Ensemble die aktuelle Situation zu analysieren und sich durch Hardware- und Softwareanpassungen zur Laufzeit optimal zu verhalten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen