Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Event-triggered and cloud-support control of multi-robot systems
KTH, School of Electrical Engineering and Computer Science (EECS), Automatic Control. (Automatic Control)
2018 (English)Doctoral thesis, monograph (Other academic)
Abstract [en]

In control of multi-robot systems, the aim is to obtain a coordinated behavior through local interactions among the robots. A multi-agent system is an abstract model of a multi-robot system. In this thesis, we investigate multi-agent systems where inter-agent communication is modeled by discrete events triggered by conditions on the internal state of the agents. We consider two models of communication. In the first model, two agents exchange information directly with each other. In the second model, all information is exchanged asynchronously over a shared repository. Four contributions on control algorithms for multi-agent systems are offered in the thesis. The first contribution is an event-triggered pinning control algorithm for a network of agents with nonlinear dynamics and time-varying topology. Pinning control is a strategy to steer the behavior of the system in a desired manner by controlling only a small fraction of the agents. We express the controllability of the network in terms of an average value of the network connectivity over time, and we show that all the agents can be driven to a desired reference trajectory. The second contribution is a control algorithm for multi-agent systems where inter-agent communication is substituted with a shared remote repository hosted on a cloud. The communication between each agent and the cloud is modeled as a sequence of events scheduled recursively by the agent. We quantify the connectivity of the network and we show that it is possible to synchronize the multi-agent system to the same state trajectory, while guaranteeing that two consecutive cloud accesses by the same agent are separated by a lower-bounded time interval. The third contribution is a family of distributed controllers for coverage and surveillance tasks with a network of mobile agents with anisotropic sensing patterns. We develop an abstract model of the environment under inspection and define a measure of the coverage attained by the sensor network. We show that the network attains nondecreasing coverage, and we characterize the equilibrium configurations of the network. The fourth contribution is a distributed, cloud-supported control algorithm for inspection of 3D structures with a network of mobile sensing agents, similar to those considered in the third contribution. We develop an abstract model of the structure to inspect and quantify the degree of completion of the inspection. We demonstrate that, under the proposed algorithm, the network is guaranteed to complete the inspection in finite time. All results presented in the thesis are corroborated by numerical simulations and sometimes by experiments with aerial robotic platforms. The experiments show that the theory and methods developed in the thesis are of practical relevance.

Abstract [sv]

I reglering av multi-robot system är syftet att uppnå ett samordnat beteende genom lokala interaktioner bland robotarna. Ett fleragentsystem är en abstrakt modell av ett multi-robot system. I denna avhandling undersöks fleragentsystem där kommunikationen mellan agenterna modelleras som tidsdiskreta händelser som utlöses av vilkor på agenternas inre tillstånd. Vi betraktar två kommunikationsmodeller. I den första modellen utbyter två agenter direkt information med varandra. I den andra modellen utbyts all information genom asynkron tillgång till ett gemensamt minne. Avhandlingens bidrag består av fyra delar. Det första bidraget är en händelsestyrd pinningregleringsalgoritm för ett nätverk av agenter med olinjär dynamik och tidsvarierande topologi. Pinningreglering är en strategi för att styra beteendet hos ett fleragentsystem på ett önskat sätt genom att endast styra en liten del av agenterna. Vi uttrycker styrbarheten hos nätverket i form av ett medelvärde av nätverkskonnektiviteten över tiden, och vi visar att alla agenter kan drivas till en önskad referenstrajektoria. Det andra bidraget är en regleringsalgoritm för fleragentsystem där kommunikationen mellan agenterna är ersatt av ett gemensamt minne som är installerat på ett moln. Kommunikationen mellan varje agent och molnet modelleras som en följd av händelser som planeras rekursivt av agenten. Vi kvantifierar nätverkets konnektivitet och vi visar att det är möjligt att synkronisera fleragentsystemet till samma tillståndstrajektoria och att två på varandra följande uppkopplingar till molnen av samma agent separeras av ett nedåt begränsat tidsintervall. Det tredje bidraget är en samling av distribuerade regulatorer för täcknings- och övervakningsuppgifter med ett nätverk av mobila sensorer med anisotropa sensormönster. Vi utvecklar en abstrakt modell av den inspekterade miljön och definierar ett mått på den täckning som uppnås av sensornätverket. Vi visar att nätverket uppnår gradvis förbättrad täckning, och vi karaktäriserar nätverkets jämviktskonfigurationer. Det fjärde bidraget är en distribuerad, molnbaserad regleringsalgoritm för inspektion av 3D-strukturer med ett nätverk av mobila sensorer, som liknar dem som betraktas i det tredje bidraget. Vi utvecklar en abstrakt modell av strukturen som ska inspekteras och kvantifierar omfattningen av inspektionen. Vi visar att nätverket enligt den föreslagna algoritmen är garanterat att slutföra inspektionen inom begränsad tid. Alla resultat som presenteras i avhandlingen bekräftas av numeriska simuleringar och ibland av experiment med flygrobotplattformar. Experimenten visar att teorin och metoderna som utvecklas i avhandlingen är av praktisk relevans.

Place, publisher, year, edition, pages
Stockholm: Kungliga Tekniska högskolan, 2018. , p. 158
Series
TRITA-EECS-AVL ; 2018:41
National Category
Engineering and Technology
Research subject
Electrical Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-229051ISBN: 978-91-7729-791-8 (print)OAI: oai:DiVA.org:kth-229051DiVA, id: diva2:1211588
Public defence
2018-06-01, Q2, Osquldas väg 10, Stockholm, 14:00 (English)
Opponent
Supervisors
Note

QC 20180531

Available from: 2018-05-31 Created: 2018-05-31 Last updated: 2018-05-31Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(32073 kB)282 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 32073 kBChecksum SHA-512
efda90f52516a35b4916d194c11183f0a94cfc8c132b8c8f8133315abeabb74cc29d87058b43e98a353ff430d683284963637301d708388d44f68e23f312c717
Type fulltextMimetype application/pdf

Search in DiVA

By author/editor
Adaldo, Antonio
By organisation
Automatic Control
Engineering and Technology

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 282 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

isbn
urn-nbn

Altmetric score

isbn
urn-nbn
Total: 1059 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf