Reconfigurable ROS-based Resilient Reasoning Robotic Co-operating Systems

 

Im Rahmen des im europäischen Forschungsprogramm ARTEMIS ("Advanced Research and Technology for Embedded Intelligence and Systems") geförderten Verbundprojekts R5-COP wird die im Vorgängerprojekt R3-COP bereits untersuchte Fragestellung "Verifikation kooperierender autonomer Roboteri" dahingehend erweitert, dass deren Fokus nunmehr auf der Zuverlässigkeitsbewertung dynamisch rekonfigurierbarer Robotiksysteme unter besonderer Berücksichtigung der Variabilität ihrer betrieblichen Bedingungen und ihrer Missionskritikalität liegt.

Zu diesem Zweck wurden zunächst folgende Teilaufgaben durchgeführt:

Identifikation von Fehlerklassen für interagierende Robotiksysteme. Zur Unterstützung der Verifikation rekonfigurierbarer kooperierender Robotiksysteme sowie zur späteren Entwicklung geeigneter on-line Rekonfigurationsstrategien wurde zunächst eine Fehlerklassifikation vorgenommen. Diese richtet sich nach den klassischen Verarbeitungsstufen heutiger Robotiksysteme, die die sensorielle Messdatenerfassung, die Informationsinterpretation, die Entscheidungsfindung und die Aktionsausführung umfassen. Zusätzlich konnten Fehlerklassen identifiziert werden, deren Ursprünge auf Kooperation mit anderen Roboterentitäten zurückzuführen sind.

Ermittlung von Rekonfigurationsstrategien. Um auf kontextuell veränderliche Betriebsbedingungen dynamisch adäquat reagieren zu können, müssen Roboter in der Lage sein, ihr Verhalten entsprechend vorher festgelegter Rekonfigurationsstrategien geeignet anzupassen. Im Rahmen einer studentischen Abschlussarbeit wurden zu diesem Zweck anhand realer Robotikanwendungen klassische und neuartige Konzepte zur Erkennung des Bedarfs einer Konfigurationsänderung, zur Identifikation geeigneter Rekonfigurationsstrategien sowie zu deren Umsetzung untersucht. Anschließend wurden die ermittelten Strategien in der zur Modellierung von Robotiksystemen erprobten Notation farbiger Petri-Netze mittels Muster erfasst, um dadurch deren Einbindung zur Erweiterung bestehender Modelle einfach zu ermöglichen.

Folgende Zielsetzungen wurden verfolgt:

Analyse der kontextuellen Variabilität. Zur geplanten Ermittlung der Zuverlässigkeit kooperierender rekonfigurierbarer Robotiksysteme ist zunächst das zu erwartende Operationsprofil des betrachteten Systems formal zu definieren. Dies setzt eine Analyse der kontextuellen Vielfalt von Robotiksystemen voraus, die von den Eigenschaften einzelner Agenten (u. a. Position, Missionsziel, angebotene Funktionalitäten, Konfigurationsstatus, Energiestand), ihnen anvertrauter Missionen (u. a. Ziele, funktionale Anforderungen, Priorität, Fortschrittsgrad) sowie relevanter Umgebungsfaktoren (u. a. Vorhandensein von Hindernissen, Vorhandensein von Ladestationen, Gefahrenpotential) abhängen. Auf der Basis gefärbter Petri-Netze wurde ein Vorgehen zur Erfassung der Verhaltensvielfalt vorgeschlagen und an einem konkreten Beispiel aus dem Krankenhausbereich illustriert.

Testen rekonfigurierbarer Systeme. Unterschiedliche Rekonfigurationsstrategien (z. B. Route Re-Planning infolge von Hindernissen bzw. Ladebedarf, Formationsbildung mittels Platooning) wurden untersucht und modelliert. Bei Kombination mehrerer Rekonfigurationsstrategien wurde ein neuartiger Verifikationsansatz auf der Basis inkrementeller Testverfahren vorgestellt.

Im weiteren Verlauf der Projektlaufzeit soll folgende Fragestellung untersucht werden:

Zuverlässigkeitsanalyse für interagierende Robotiksysteme. Abschließend sollen die gewonnenen Erkenntnisse in ein Verfahren einfließen, das die Bewertung der operationalen Zuverlässigkeit individueller Roboter bzw. ganzer kooperierender Robotersysteme anhand der erfassten Test- bzw. Betriebsbewährung zu ermitteln erlaubt.