Resumen de Multi-robot task allocation for service robotics: from unlimited to limited communication range
Múltiples robots autónomos trabajando en un mismo entorno requieren nuevas capacidades de decisión para ser de máxima utilidad: cuál es la mejor forma de abordar un problema (planificación) y quién se encarga de cada parte del trabajo (asignación de tareas). Esta última actividad, en la que se centra esta tesis, ha sido abordada con una gran diversidad de métodos: desde la coordinación implícita en ausencia de comunicación (cooperación como resultado emergente de mecanismos predefinidos), pasando por métodos de inspiración biológica (enjambres), hasta técnicas similares a la cooperación humana donde hay comunicación explícita (contratos, subastas) o métodos fundamentalmente matemáticos (modelos Markovianos).
En soluciones donde existe comunicación es habitual el uso de redes inalámbricas por su conveniencia. Sin embargo, éstas tienen un alcance limitado por razones bien económicas (no siempre es factible instalar puntos de acceso en todo el entorno de trabajo) o físicas (la intervención se realiza en un área no preparada, como un escenario de desastre natural), entre otras. Por lo tanto, el uso de comunicaciones en áreas extensas requiere un tratamiento explícito de la conectividad en estas circunstancias.
Dentro de este amplio abanico de posibilidades hay aspectos que han sido ya objeto de abundante investigación. Sin embargo, su tratamiento es generalmente aislado y requiere por tanto una labor de investigación adicional de cara a su integración en soluciones completas. Adicionalmente, es el aspecto de limitaciones en la comunicación el más novedoso y el que está recibiendo actualmente una atención creciente dentro del contexto de la robótica de servicio. Por ello, la presente tesis aborda estos aspectos:
* Métodos que no estén estrechamente ligados a un problema en particular, sino que sean aplicables con generalidad a tareas independientes o con pocas interdependencias, de cara a su uso en una variedad de tareas de servicio. En particular, se estudian distintas variaciones de métodos basados en subastas y se proponen mejoras para su uso en combinación con sistemas de tareas jerárquicas y en ámbitos de comunicaciones limitadas.
* Metas de optimización y métricas de evaluación precisas y contrastables dentro de la robótica de servicio, apropiadas para estos métodos de asignación de tareas. Partiendo de un modelo clásico del problema, basado en el problema del viajante, se identifican varias métricas adecuadas, sus efectos en la optimización, y se proponen métodos de implementación que permiten una rápida adaptabilidad de los algoritmos a las distintas métricas.
* Soluciones para la integración de todo lo anterior con las limitaciones de conectividad, ya sea tratándolas como una restricción adicional para la optimización, o como un elemento fundamental y determinante de la metodología de asignación.
* Demostraciones experimentales de los resultados obtenidos en simulación. Estos experimentos respaldan dos puntos interrelacionados y de relevancia creciente en sistemas complejos como es un equipo multirrobot: por una parte, la validación experimental es un paso necesario en una investigación completa; por otra, al hacer público el código fuente (la arquitectura \sancta) de nuestro equipo robótico (llamado \conan), se simplifica la tarea de verificación y reproducción de resultados por parte de otros investigadores, amén de posibilitar la reutilización del código con el consiguiente ahorro de esfuerzo para la comunidad robótica.
* Implementación e integración, como responsables del paquete de trabajo dedicado a asignación de tareas, de los algoritmos pertinentes dentro del contexto del proyecto europeo \acsu{URUS}. Este proyecto está enfocado a la integración de robots y sensores en ambientes urbanos para facilitar tareas tales como transporte de objetos y personas, seguimiento de usuarios, detección de situaciones anómalas y consiguiente intervención robótica, por ejemplo.
Conjuntamente, estos puntos contribuirán a la construcción de equipos robóticos de intervención o servicio altamente autónomos, supervisables por un reducido equipo humano y programables mediante objetivos y directivas de alto nivel. Puede decirse que este objetivo es uno de los ''griales'' de la robótica de servicio, dada su repercusión en múltiples ámbitos de aplicación.
