SPP 1183 - Smart Teams: Local, Distributed Strategies for Self-Organizing Robotic Exploration Teams (Subproject)

Zusammenfassung

Das Ziel dieses Projektes ist es, die algorithmischen Grundlagen für das Verhalten von Gruppen von Erkundungsrobotern - den so genannten Smart Teams - zu schaffen. Solche Gruppen sollen eigenständig ihr Arbeitsgebiet erkunden und verschiedene Aufgaben in diesem Terrain lösen. Mögliche Beispiele dafür sind der Einsatz bei Rettungsmissionen in gefährlichen Gegenden oder Erkundungsmissionen an schwer zugänglichen Orten, wie etwa auf dem Grund des Ozeans oder auf anderen Planeten. Um ein unbekanntes Terrain zu erkunden und darin die wichtigen Objekte zu lokalisieren, wird das Verhalten der Roboter eines Smart Teams durch verschiedene Strategien gesteuert. Da die Kapazitäten eines einzelnen Roboters begrenzt ist, ist es für viele Aufgaben außerdem notwendig, eine geeignete Aufteilung der Teammitglieder in Teilgruppen zu erreichen, deren gemeinsame Kapazität für die Bearbeitung eines Teilaufgabe ausreichend ist. Die Herausforderung bei der Entwicklung von solchen Strategien ist, dass diese aus einem mobilen Netzwerk lokal operierender und sich bewegender Roboter ein robustes und selbst organisierendes Team bilden sollen. Keiner der Roboter hat dabei zu einem Zeitpunkt mehr als nur ein sehr lokal begrenztes Wissen des globalen Zustands des Gesamtsystems. Ihre Entscheidungen basieren einzig auf ihren eigenen Beobachtungen und Daten. Dennoch muss daraus ein insgesamt positives Verhalten des Teams als Ganzes entstehen. In diesem Projekt analysieren wir die Qualität der von uns entwickelten Strategien sowohl theoretisch (z. B. mit den Methoden der kompetitiven Analyse), als auch experimentell durch die Erweiterung von SAHNE - unserer Simulationsplattform für die Kommunikation in mobilen Ad-Hoc-Netzwerken.

Hintergrund

Vorgeschlagen wurde das Projekt 2005 von Prof. Dr. Friedhelm Meyer auf der Heide und Prof. Dr. Christian Schindelhauer als Unterprojekt zu dem DFG Projekt SPP 1183: Organic Computing. Der volle Name des Projektes lautet: "Smart Teams: Local Distributed Strategies for Self-Organizing Robotic Exploration Teams"

Personen

• Bastian Degener (bis März 2011)
• Miroslaw Dynia (bis Dezember 2007)
• Daniel Jung (Ansprechpartner)
• Barbara Kempkes (bis Juni 2012)
• Jaroslaw Kutylowski (bis Dezember 2007)
• Friedhelm Meyer auf der Heide (Projektleiter)
• Chia Ching Ooi (Universität Freiburg)
• Christian Schindelhauer (Universität Freiburg, Projektleiter)

Smart Team Simulator

Der in Java entwickelte Smart Team Simulator kann große Schwärme von Robotern auf einem riesigen Gelände nicht nur Simulieren, sondern auch anspruchsvoll darstellen. Die RMI-fähige Visualisierung umfasst sowohl eine 2D-Ansicht mit vielen hilfreichen Funktionen, als auch eine schöne 3D-Ansicht die dem Benutzer ein realistisches Gefühl vermittelt. Weiterhin wird ein individualisierbares Modul zur Darstellung von diversen statistischen Messgrößen als Pie-Charts, Balkendiagramme, etc. angeboten. Für den Entwickler bietet sich eine hochentwickelte und leicht verständliche Schnittstelle, mit der effizient Strategien für die einzelnen Roboter entwickelt werden können. Zusätzlich existiert ein Framework, welches komplexe, aber oft verwendete Roboter-Aktionen (z.B. Energiemanagement oder automatische Umrundung von Hindernissen) in einer intuitiven Schnittstelle zur Verfügung stellt. Der Simulator kann komfortabel über eine GUI konfiguriert werden, genauso wie über korrespondierende XML-Dateien.

Der Smart Team Simulator wurde im Rahmen der Projektgruppe SmartTeams entwickelt von: Alexander Buss, Helena Deck, Miroslaw Dynia, Matthias Fischer, Holger Hagedorn, Peter Isaak, Alexander Krieger, Jaroslaw Kutylowski, Friedhelm Meyer auf der Heide, Viktor Nesterow, Adrian Ogierman, Jonas Schrieb, Boris Stobbe, Thomas Storm und Henning Wachsmuth.

Simulator und Dokumentation

• Entwicklerhandbuch
• Benutzerhandbuch
• Ausführbarer Simulator

(JAR-File, readme.txt lesen und dann mit "start_windows.bat" starten)

• JavaDoc
• Simulator Sourcen
• Simulator Testprogramme

SmartS Simulator

Der SmartS Simulator ist eine erste Entwicklung eines Simulators ohne 2D/3D Benutzerinterface. Er erlaubt es, Smart Team Szenarios zu simulieren und dabei mögliche Strategien in ein offen gehaltenes Framework einzubinden. Dies erlaubt eine effiziente Entwicklung von neuen Strategien.

SmartS wurde entwickelt von: Miroslaw Dynia, Andreas Kumlehn, Jaroslaw Kutylowski und Barbara Kempkes.

Dokumentation

• M. Dynia and A. Kumlehn and J. Kutylowski and F. Meyer auf der Heide and C. Schindelhauer, SmartS Simulator Design Handbuch
• SmartS requirement sheet