Bewegungskoordinierung für heterogene Flugroboterschwärme in verkehrsreichen Umgebungen

• Antragsteller: Professor Dr. Wolfgang Hönig
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik ; Rechnerarchitektur, eingebettete und massiv parallele Systeme
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 448549715

Die rasante technologische Verbesserung einzelner Roboter führt dazu, dass die Robotik eine zunehmende Rolle spielt. Die steigende Verbreitung von Robotern sowie die wachsende Vielfalt und Autonomie führen unvermeidlich zu notwendigen Interaktionen untereinander, um Kollisionen zu vermeiden oder an einer gemeinsamen Aufgabe zusammenzuarbeiten. Bei vielen anspruchsvollen Anwendungen arbeiten Schwärme zahlreicher Roboter in eingeschränkten, potenziell gefährlichen oder sogar labyrinthartigen Umgebungen zusammen, z.B. in autonomen Such- und Rettungsteams, bei Produktion auf Abruf und Liefersystemen.Trotz Erfolgen bei dieser Thematik in den letzten Jahren besteht hierbei immer noch großer Forschungsbedarf. Der industrielle Erfolg von Mehrrobotersystemen ist weitgehend auf homogene Roboterteams in bekannten Umgebungen, z.B. Drohnenvorführungen im Außenbereich oder Warensortierung in speziell ausgestatteten Lagerhäusern, beschränkt. Dies ist größtenteils auf den Mangel an effizienten und sicheren Algorithmen zurückzuführen, mit denen Roboter in unmittelbarer Nähe zueinander oder zu anderen potenziell dynamischen Hindernissen koordiniert werden können. Solche schwierigen Bedingungen werden als verkehrsreiche Umgebungen bezeichnet.Dieser Antrag basiert auf zwei Schlüsseltechnologien, bei denen insbesondere heterogene Teams unbemannter Luftfahrzeuge (UAVs) nützlich sind. Die erste Anwendung basiert auf Industrie 4.0, bei der Flugroboter Werkzeuge, Verbrauchsmaterialien oder fertige Teile in andere Bereiche einer Fabrik transportieren. Die zweite Anwendung konzentriert sich auf Tätigkeiten, bei denen mehrere Roboter bei einzelnen Aufgaben zusammenarbeiten, z. B. in Konstruktions- oder Säuberungsszenarien. In beiden Fällen sind Umgebungen aus Kosten-, Zeit- oder Effizienzgründen in der Regel sehr verkehrsreich. Heterogene Roboterteams sind vorzuziehen, da sie tendenziell vielseitiger sind und sich leichter an unterschiedliche Anforderungen anpassen können.Ziel des vorgeschlagenen Antrags ist es, neuartige Algorithmen zur Bewegungskoordination von heterogenen Flugroboterschwärmen zu untersuchen, in denen Roboter über lange Zeiträume und in unmittelbarer Nähe zueinander arbeiten. Der geplante Forschungsbeitrag umfasst: i) Entwurf neuartiger zentraler, dezentraler und hierarchischer Algorithmen, die es heterogenen Flugroboterschwärmen ermöglichen, den Arbeitsabstand gegenüber bestehenden Ansätzen für Einzel- und Mehrroboteraufgaben deutlich zu reduzieren, ii) Validierung dieser Algorithmen auf physischer Hardware unter Berücksichtigung der beiden Schlüsseltechnologien und iii) Verbesserung und Wartung des führenden Forschungsversuchsstands für Flugroboterschwärme. Für den Algorithmusentwurf werden Informierte Suche, maschinelles Lernen und Trajektorienoptimierung verwendet und verbessert.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen