一种增强多机器人协作的并发传输策略

一种增强多机器人协作的并发传输策略
图片来源:Bharadwaj 等人。

印度布巴内斯瓦尔理工学院的研究人员与 TCS Research 和瓦赫宁根大学合作,最近制定了一项新策略,可以改善不同机器人之间的协调,以团队形式处理复杂的任务。该策略在 arXiv 上预先发表的一篇论文中进行了介绍,它基于一种拆分架构,该架构分别处理通信和计算,同时定期协调两者以实现最佳结果。https://f3f97042f2aab94fa5d6dfaa2378ab98.safeframe.googlesyndication.com/safeframe/1-0-38/html/container.html

研究人员的论文最近在 IEEE RoboCom 2022 会议上发表,该会议与网络和分布式计算领域的顶级会议 IEEE CCNC 2022 一起举行。在 IEEE RoboCom 2022 上,它获得了最佳论文奖。

“群体机器人正在成为人类文明的关键工具,”进行这项研究的团队的首席研究员 Sudipta Saha 博士告诉 TechXplore。“例如,在医学领域,需要使用大量的纳米机器人来增强免疫治疗、靶向有效的药物转移等;而在军队中,则需要探索人类难以探索的未知地形。 “进入,实现对边界和类似活动的灵活监督。在建筑中,它可以启用大规模 3D 打印等技术,在农业中,它可以帮助监测作物健康并进行干预以提高产量。”

无论在何种环境下实施,多机器人团队都需要基于高效的沟通和协调系统。然而,传统的通信系统迫使机器人或设备竞争与其他系统共享信息的机会。此过程会浪费大量时间并导致高功耗。

“对于大型 3D 打印、农业监测等活动,这样的损失是可以容忍的,但对于时间紧迫的工作,如纳米机器人药物输送、消防或军事活动,在通信上妥协的代价太高了。层的次优性能,”萨哈博士说。“总是希望有一个解决方案,使成群的机器人也能够执行时间紧迫和严肃的工作,由于不必要的数据包碰撞和能源滥用,精度不能被牺牲。”

一种增强多机器人协作的并发传输策略
图片来源:Bharadwaj 等人。

为了克服现有通信系统的局限性,Saha 博士和他的团队创建了一个全新的范例,该范例基于一种称为“并发传输”的方法。这种方法不是让设备或机器人参与竞争,而是让他们合作以实现共同目标。

“将并发传输应用于通用多机器人平台并不是一项简单的任务,”Saha 博士说。“在分散和智能系统研究组 (DSSRG),我们正在研究基于并发传输的通信的各个方面及其在各种环境中的应用。我们在该领域的专业知识帮助我们提出了一种新颖的基于拆分架构的解决方案异构多机器人系统的并发传输的简单而富有成效的使用。”

与传统的通信策略相比,并发传输技术具有几个优点。最值得注意的是,它们允许设备更快速、更有效地相互共享数据。

尽管具有优势特性,但使用通用硬件很难实现并发传输。到目前为止,它主要是在应用到特定和复杂的硬件上时取得了很好的效果。

“群机器人和多机器人系统也有自己的要求,包括控制系统、人工智能/机器学习和其他计算密集型任务,”萨哈博士说。“为了桥接多机器人系统的并发传输,我们提出了一种分离架构,其中通信和计算在两个不同的硬件单元中完成,这些硬件单元通过松散耦合的串行线路通信相互通信。这样,我们设法获得了好处同时在两个域中。”

一种增强多机器人协作的并发传输策略
研究人员采用的实验装置之一。图片来源:Bharadwaj 等人。

正如 Saha 博士和他的团队在最近的研究中所做的那样,机器人专家将不同类型的硬件单元组合成一个单元并不罕见。通过将两个不同的硬件系统连贯地合并到一个集体架构中,他们能够取得非常有希望的成果,增强了多个机器人之间的合作和沟通。

该团队专门在一组五个两轮机器人上测试了他们的通信系统。在他们的评估中,他们发现他们的系统允许机器人在形成不同编队时有效地相互协调,同时还能以相似的速度动态移动。

“我们工作的一个关键成就是异构硬件单元之间的无缝毫秒级时间同步,以纯粹分散的方式,不利用任何互联网连接或 GPS,”Saha 博士说。“此外,在这项初步工作中,使用基于并发传输的通信框架和基于拆分架构的策略使我们能够在机器人之间实现厘米级精度,这表明它对于使用群体执行时间关键和精细任务的价值机器人。”

未来,这组研究人员创建的基于并发传输的新策略将有助于在复杂或时间敏感的任务中加强群中多个机器人之间的合作。例如,这包括搜索和救援工作、军事行动和外科手术。

“在我们取得初步成功之后,我们现在将进行更加严格和深入的研究,特别是在控制系统方面与基于并发传输的通信机制之间的相互作用,”Saha 博士补充道。“我们还计划将该机制应用于大量无人机和地面车辆,并评估其能力。”

本文为作者 三石 独立观点,并不代表 我是CIO 立场。

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