CRII: RI: Distributed, Stable and Robust Topology Control: New Methods for Asymmetrically Interacting Multi-Robot Teams

CRII:RI:分布式、稳定和鲁棒的拓扑控制:非对称交互多机器人团队的新方法

基本信息

项目摘要

Recent years have seen a rapid increase of autonomous robotics in critical segments of research and industry. However, autonomy in teams of robots remains somewhat in its infancy. This project therefore aims to eliminate three assumptions that currently limit the autonomous control of multi-robot teams: (1) that complete system information is available to all robots at all times; (2) that robot-to-robot interactions are symmetric among team members (i.e., I see you and you see me); and (3) that interactions among robots provide enough information to guarantee predictable and safe robot motion. This project will tackle such restrictions by developing new methods for explicitly controlling robot-to-robot interaction when the above assumptions are absent, with validation in field experiments using commercial off-the-shelf robotic and Internet of Things (IoT) sensor platforms. The project outcomes will find broad relevance in applications spanning intelligent transportation, precision agriculture, autonomous construction, and defense, while allowing for deeper experimentation outside of laboratories. Finally, the project includes a comprehensive outreach plan consisting of: (1) K-12 academic experiences for underrepresented students; (2) graduate curriculum; and (3) open-source contributions to the robotics community.Towards the above goals, this project will intersect novel techniques from control and graph theory to derive stability guarantees for a new class of asymmetric topology control laws. The theoretical approaches will enable guaranteed coordination for a large class of distributed multi-robot systems. Specifically, this project will focus on the following objectives of developing: (1) nonlinear motion controllers that guarantee stable multi-robot coordination for an identified class of asymmetric robot interactions; (2) distributed algorithms for determining stable transitions in asymmetric communication and sensing topologies; (3) extensions for hardware safe control inputs and robustness to external disturbance; and (4) field experiments with aerial and ground robots, and an IoT sensor network in a target tracking regime.
近年来,自主机器人技术在研究和工业的关键领域迅速增长。 然而,机器人团队的自主性仍然处于起步阶段。 因此,该项目旨在消除目前限制多机器人团队自主控制的三个假设:(1)完整的系统信息始终可供所有机器人使用;(2)机器人与机器人之间的交互在团队成员之间是对称的(即,我看到你,你看到我);(3)机器人之间的交互提供了足够的信息,以保证可预测和安全的机器人运动。 该项目将通过开发新的方法来解决这些限制,在不存在上述假设的情况下明确控制机器人与机器人的交互,并使用商用现成的机器人和物联网(IoT)传感器平台进行现场实验验证。 该项目的成果将在智能交通、精准农业、自主建筑和国防等应用中找到广泛的相关性,同时允许在实验室之外进行更深入的实验。 最后,该项目包括一个全面的推广计划,包括:(1)K-12的学术经验,代表性不足的学生;(2)研究生课程;(3)开源贡献的机器人社区。为了实现上述目标,该项目将交叉从控制和图论的新技术,以获得稳定性保证一类新的非对称拓扑控制律。 理论上的方法将能够保证协调的一大类分布式多机器人系统。 具体而言,本项目将集中于以下目标的发展:(1)非线性运动控制器,保证稳定的多机器人协调的一个确定类的非对称机器人的相互作用;(2)分布式算法,以确定稳定的过渡,在非对称通信和传感拓扑结构;(3)扩展硬件安全控制输入和鲁棒性的外部干扰;以及(4)空中和地面机器人的现场实验,以及目标跟踪机制中的物联网传感器网络。

项目成果

期刊论文数量(3)
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专利数量(0)
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    Matteo Santilli;Pratik Mukherjee;A. Gasparri;Ryan K. Williams
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