Zielorientierte Modellierung und Optimierung dynamischer Aktionszuweisungen und physikalisch-basierten Bewegungsverhaltens kooperierender mobiler Roboter mit hybriden dynamischen Systemen

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Im Rahmen des Schwerpunktprogramms soll auf der Grundlage nichtlinearer hybrider dynamischer Systemtheorie ein neues, allgemeines Paradigma zur zielorientierten dynamischen Koordination eines Teams mobiler Roboter untersucht, in das RoboCup-Szenario integriert und anhand dessen validiert werden. Der zeitveränderliche hybride Zustand des Gesamtsystems besteht aus den diskreten (Rollen, Aktionen) und den kontinuierlichen (Position, Orientierung, Geschwindigkeit) Zustandsgrößen aller mobilen Roboter und Objekte, dessen zeitlicher Verlauf durch einen hybriden Zustandsautomaten beschrieben wird. Dies ermöglicht die enge und formale Verknüfung von diskreter und kontinuierlicher Systemdynamik, d.h. von dynamischen Rollen- und Aktionszuweisungen bzw. Aktionsabfolgen und dem physikalischen Bewegungsverhalten der einzelnen Roboter. Die Bestimmung optimaler hybrider Zustandsverläufe zur Minimierung eines Gütekriteriums für die optimale Mehrroboterkooperation unter Einhaltung zusätzlicher Beschränkungen wird auf gemischt ganzzahlige Optimierungsprobleme transformiert, die numerisch gelöst werden. Im Rahmen des Schwerpunktprogramms wird damit die innovative Integration physikalisch-basierter Trajektorienplanung mit dynamischen Aktionszuweisungen in Softwarearchitekturen für Robotersteuerungen ebenso wie in integrierte Entwurfsverfahren befördert. Die hier entwickelten Methoden und Techniken sind grundsätzlich auf andere Szenarien kooperierender mobiler Roboter übertragbar, bei denen die physikalischen Bewegungseigenschaften einen entscheidenden Einfluß besitzen.