Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-12469
For citation please use:
Main Title: Application oriented synthesis of mobile multi-robot systems for cooperative object transport
Translated Title: Anwendungsorientierte Synthese von mobilen Multi-Roboter Systeme für den kooperativen Objekttransport
Author(s): Toro Ramos, Juan Mauricio
Advisor(s): Dietrich, Franz
Referee(s): Dietrich, Franz
Raatz, Annika
Kaiser, Lydia
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
URI: https://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/13693
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-12469
License: https://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0/
Abstract: The flexibility and increasing autonomy of mobile robots have been making the automation of challenging use cases in the course of the last decades possible. In this way, their implementation has not been limited to isolated single robots, and the use of multiple agents working together to achieve a common goal has been shown to increase considerably the overall capabilities of the system, in terms, for example, of a better spatial distribution, exertion of forces in handling tasks and higher flexibility, allowing the robots to be used in a wider spectrum of applications. Nevertheless, although the implementation of cooperative multi-robot systems (MRSs) harbours great potential, the larger solution space and design freedoms which emerge from all possible combinations of different robots, structures and operational configurations increase the complexity and required effort for their planning and synthesis. All this often leading to over-dimensioned cooperative MRSs with redundancies that are not conceived for a specific purpose but rather result from the simplification of the synthesis process, and where the real potentials of MRSs are not fully exploited. This work presents a general framework that structures and supports the early stage of the synthesis process of MRSs for cooperative transport applications without reducing the potential solution space. It starts by analysing the use case from the customer perspective and proposes novel indices for the characterization of the system’s performance. Building on this, main clusters of configuration parameters or settings that directly influence the behaviour of the MRS are proposed, and through the analysis of their interrelations, specific design measures are derived. The applicability and added value of the proposed framework is discussed on the example of an automatic car transport system, where the possibility of abstracting the synthesis process and simultaneously reaching new solutions not taken into account by traditional synthesis processes is demonstrated.
Die Flexibilität und zunehmende Autonomie mobiler Roboter haben im Laufe der letzten Jahrzehnten die Automatisierung anspruchsvoller Anwendungsfälle ermöglicht. Auf diese Weise hat sich ihre Implementierung nicht auf isolierte Einzelroboter beschränkt. Es hat sich gezeigt, dass die Verwendung mehrerer Agenten, die zusammenarbeiten, um ein gemeinsames Ziel zu erreichen, die Gesamtfähigkeiten des Systems erheblich steigern können, z.B. in Bezug auf eine bessere räumliche Verteilung, die Ausübung von Kräften bei der Ausführung von Handhabungsaufgaben und eine höhere Flexibilität, wodurch die Roboter in einem breiteren Spektrum von Anwendungen eingesetzt werden können. Dennoch: obwohl die Realisierung kooperativer multi-Roboter Systeme (MRSs) ein großes Potenzial birgt, erhöhen der größere Lösungsraum und Vielfalt an Gestaltungsfreiheiten, die sich aus allen möglichen Kombinationen verschiedener Roboter, Strukturen und Betriebskonfigurationen ergeben, die Komplexität und den erforderlichen Aufwand für deren Planung und Synthese. Dadurch entstehen oft überdimensionierte kooperative MRSs mit Redundanzen, die nicht für einen bestimmten Zweck konzipiert sind, sondern vielmehr aus der Vereinfachung des Syntheseprozesses resultieren und bei denen die wirklichen Potenziale der MRSs nicht voll ausgeschöpft werden. Diese Arbeit stellt ein allgemeines Framework vor, das die frühe Phase des Syntheseprozesses von MRSs für kooperative Transportaufgaben strukturiert und unterstützt, ohne den potenziellen Lösungsraum zu reduzieren. Sie beginnt mit der Analyse des Anwendungsfalls aus der Kundenperspektive und schlägt neuartige Indikatoren für die Charakterisierung der Systemperformance vor. Darauf aufbauend werden Hauptcluster von Konfigurationsparametern (Einstellungen, die das Verhalten des MRS direkt beeinflussen) vorgeschlagen und durch die Analyse ihrer Wechselbeziehungen werden spezifische Designmaßnahmen abgeleitet. Die Anwendbarkeit und der Mehrwert des vorgeschlagenen Framework wird am Beispiel eines automatischen transportsystems für PKW diskutiert, wobei die Möglichkeit der Abstraktion des Syntheseprozesses und das gleichzeitige Erreichen neuer Lösungen, die von traditionellen Syntheseprozessen nicht berücksichtigt werden, aufgezeigt werden.
Subject(s): mobile robots
mobile multi-robot systems
cooperative object transport
robot design
multi-robot formation
mobile Roboter
mobile Multi-Roboter-Systeme
kooperativer Objekttransport
Roboter-Synthese
Multi-Robot-Formation
Issue Date: 2021
Date Available: 5-Nov-2021
Exam Date: 1-Sep-2021
Language Code: en
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
TU Affiliation(s): Fak. 5 Verkehrs- und Maschinensysteme » Inst. Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb » FG Handhabungs- und Montagetechnik
Appears in Collections:Technische Universität Berlin » Publications

Files in This Item:
toro_ramos_juan_mauricio.pdf
Format: Adobe PDF | Size: 13.75 MB
DownloadShow Preview
Thumbnail

Item Export Bar

This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons