Unifying control in a layered agent architecture

In this paper, we set up a unifying perspective of the individual control layers of the architecture InteRRaP for autonomous interacting agents. InteRRaP is a pragmatic approach to designing complex dynamic agent societies, e.g. for robotics Müller & Pischel and cooperative scheduling applications Fischer et al.94. It is based on three general functions describing how the actions an agent commits to are derived from its perception and from its mental model: belief revision and abstraction, situation recognition and goal activation, and planning and scheduling. It is argued that each InteRRaP control layer - the behaviour-based layer, the local planning layer, and the cooperative planning layer - can be described by a combination of different instantiations of these control functions. The basic structure of a control layer is defined. The individual functions and their implementation in the different layers are outlined. We demonstrate various options for the design of interacting agents within this framework by means of an interacting robots application. The performance of different agent types in a multiagent environment is empirically evaluated by a series of experiments

A new HW/SW architecture to move from AGVs towards Autonomous Mobile Robots

This paper proposes the basic concepts of a brand new HW/SW architecture, whose development is in progress through an academic/industrial collaboration, aimed at obtaining a mobile agent capable to merge in itself the standard characteristics of the Automated Guided Vehicles and some potentialities of the Autonomous Mobile Robots, with a particular care for safety issues. Its HW/SW features, together with its mechanical characteristics, make it potentially applicable both in industrial and research contexts

Unifying control in a layered agent architecture

In this paper, we set up a unifying perspective of the individual control layers of the architecture InteRRaP for autonomous interacting agents. InteRRaP is a pragmatic approach to designing complex dynamic agent societies, e.g. for robotics Müller & Pischel and cooperative scheduling applications Fischer et al.94. It is based on three general functions describing how the actions an agent commits to are derived from its perception and from its mental model: belief revision and abstraction, situation recognition and goal activation, and planning and scheduling. It is argued that each InteRRaP control layer - the behaviour-based layer, the local planning layer, and the cooperative planning layer - can be described by a combination of different instantiations of these control functions. The basic structure of a control layer is defined. The individual functions and their implementation in the different layers are outlined. We demonstrate various options for the design of interacting agents within this framework by means of an interacting robots application. The performance of different agent types in a multiagent environment is empirically evaluated by a series of experiments

Influence of self-disassembly of bridges on collective flow characteristics of swarm robots in a single-lane and periodic system with a gap

Inspired by the living bridges formed by ants, swarm robots have been developed to self-assemble bridges to span gaps and self-disassemble them. Self-disassembly of bridges may increase the transport efficiency of swarm robots by increasing the number of moving robots, and also may decrease the efficiency by causing gaps to reappear. Our aim is to elucidate the influence of self-disassembly of bridges on the collective flow characteristics of swarm robots in a single-lane and periodic system with a gap. In the system, robots span and cross the gap by self-assembling a single-layer bridge. We consider two scenarios in which self-disassembling bridges is prevented (prevent-scenario) or allowed (allow-scenario). We represent the horizontal movement of robots with a typical car-following model, and simply model the actions of robots for self-assembling and self-disassembling bridges. Numerical simulations have revealed the following results. Flow-density diagrams in both the scenarios shift to the higher-density region as the gap length increases. When density is low, allow-scenario exhibits the steady state of repeated self-assembly and self-disassembly of bridges. If density is extremely low, flow in this state is greater than flow in prevent-scenario owing to the increase in the number of robots moving horizontally. Otherwise, flow in this state is smaller than flow in prevent-scenario. Besides, flow in this state increases monotonically with respect to the velocity of robots in joining and leaving bridges. Thus, self-disassembling bridges is recommended for only extremely low-density conditions in periodic systems. This study contributes to the development of the collective dynamics of self-driven particles that self-assemble structures, and stirs the dynamics with other self-assembled structures, such as ramps, chains, and towers.Comment: 13 pages, 9 figure

Sistema mecatrónico automatizado de levantamiento y transporte de canastillas

Trabajo de Investigación TecnológicaEl levantamiento y transporte de carga en muchos sectores de Colombia se realiza de manera artesanal ocasionando posturas erróneas, causando problemas de salud principalmente en la columna como displasias lumbares o desgaste de articulaciones. Por esta razón, en este trabajo se diseñó un montacargas eléctrico operado de manera remota, usando conceptos de electrónica de potencia, electrónica análoga, comunicaciones digitales y radiofrecuencia que controlan los motores y llantas como medio de tracción y tomando como base el funcionamiento de un montacargas de gasolina que ofrecen los fabricantes a nivel mundial; para dar cabida al prototipo funcional, cuyas medidas partieron de las dimensiones de una canastilla plástica con un peso máximo de 60 kg.1 RESUMEN 2 INTRODUCCIÓN 3 PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 4 OBJETIVOS 5 JUSTIFICACIÓN 6 ANTECEDENTES 7 MARCO TEÓRICO 8 METODOLOGÍA 9 DISEÑO 10 IMPLEMENTACIÓN 11 PRUEBAS DEL PROTOTIPO 12 CONCLUSIONES 13 RECOMENDACIONES Y TRABAJOS FUTUROS 14 BIBLIOGRAFÍA 15 ANEXOSPregradoIngeniero Electrónic

Decentralized Decision Making for Limited Resource Allocation Using a Private Blockchain Network in an IoT (Internet of Things) Environment with Conflicting Agents

Blockchains have gotten popular in recent times, owing to the security, anonymity, and lack of any third-party involvement. Blockchains essentially are record keeping tools that record any transactions between involved parties. One of the key aspects of handling and navigating of any autonomous traffic on the streets, is secured and simple means of communication. This thesis explores distribution of minimum resources between multiple autonomous agents, by settling conflicts using events of random nature. The thesis focusses on two specific events, tossing of a coin and the game of rock, paper, and scissors (RPS). An improvement on the traditional game of RPS is further suggested, called rock, paper, scissors, and hammer (RPSH). And then seamless communication interface to enable secure interaction is setup using blockchains with smart contracts. A new method of information exchange called Sealed Envelope Exchange is proposed to eliminate any involvement of third-party agents in the monitoring of conflict resolution. A scenario of assigning the sole remaining parking spot in a filled parking space, between two vehicles is simulated and then the conflict is resolved in a fair manner without involving a third-party agent. This is achieved by playing a fair game of RPSH by using blockchains and simulating cross chain interaction to ensure that any messages and transactions during the game are secured

Proceedings of the Vision Zero Summit 2019 12–14 November 2019 Helsinki, Finland

The Vision Zero Summit was held on 12–14 November 2019 in Helsinki Finland, and organized by the Finnish Institute of Occupational Health, with the support of our partners. Vision Zero is a strategy and a holistic mindset. It is continuous improvement of safety, health, and wellbeing at work, not just a numerical goal. This summit focused on discussing different aspects of Vision Zero, taking the Vision Zero thinking and actions to the next level, and sharing best practices and lessons learned. One theme of the Summit was worded as Rethinking Vision Zero, which is a reminder that there are many perspectives to Vision Zero. Vision Zero Summit was one of the side events of Finland’s Presidency of the Council of the EU. One of the Vision Zero Summit’s goal was to provide new ideas and perspectives, as well as strengthen participants professional networks. This Proceedings publication is a compilation of the papers presented on 12–14 November 2019 in the Vision Zero Summit 2019 in Helsinki

Collaborative autonomy in heterogeneous multi-robot systems

As autonomous mobile robots become increasingly connected and widely deployed in different domains, managing multiple robots and their interaction is key to the future of ubiquitous autonomous systems. Indeed, robots are not individual entities anymore. Instead, many robots today are deployed as part of larger fleets or in teams. The benefits of multirobot collaboration, specially in heterogeneous groups, are multiple. Significantly higher degrees of situational awareness and understanding of their environment can be achieved when robots with different operational capabilities are deployed together. Examples of this include the Perseverance rover and the Ingenuity helicopter that NASA has deployed in Mars, or the highly heterogeneous robot teams that explored caves and other complex environments during the last DARPA Sub-T competition. This thesis delves into the wide topic of collaborative autonomy in multi-robot systems, encompassing some of the key elements required for achieving robust collaboration: solving collaborative decision-making problems; securing their operation, management and interaction; providing means for autonomous coordination in space and accurate global or relative state estimation; and achieving collaborative situational awareness through distributed perception and cooperative planning. The thesis covers novel formation control algorithms, and new ways to achieve accurate absolute or relative localization within multi-robot systems. It also explores the potential of distributed ledger technologies as an underlying framework to achieve collaborative decision-making in distributed robotic systems. Throughout the thesis, I introduce novel approaches to utilizing cryptographic elements and blockchain technology for securing the operation of autonomous robots, showing that sensor data and mission instructions can be validated in an end-to-end manner. I then shift the focus to localization and coordination, studying ultra-wideband (UWB) radios and their potential. I show how UWB-based ranging and localization can enable aerial robots to operate in GNSS-denied environments, with a study of the constraints and limitations. I also study the potential of UWB-based relative localization between aerial and ground robots for more accurate positioning in areas where GNSS signals degrade. In terms of coordination, I introduce two new algorithms for formation control that require zero to minimal communication, if enough degree of awareness of neighbor robots is available. These algorithms are validated in simulation and real-world experiments. The thesis concludes with the integration of a new approach to cooperative path planning algorithms and UWB-based relative localization for dense scene reconstruction using lidar and vision sensors in ground and aerial robots

Automation and Robotics: Latest Achievements, Challenges and Prospects

This SI presents the latest achievements, challenges and prospects for drives, actuators, sensors, controls and robot navigation with reverse validation and applications in the field of industrial automation and robotics. Automation, supported by robotics, can effectively speed up and improve production. The industrialization of complex mechatronic components, especially robots, requires a large number of special processes already in the pre-production stage provided by modelling and simulation. This area of research from the very beginning includes drives, process technology, actuators, sensors, control systems and all connections in mechatronic systems. Automation and robotics form broad-spectrum areas of research, which are tightly interconnected. To reduce costs in the pre-production stage and to reduce production preparation time, it is necessary to solve complex tasks in the form of simulation with the use of standard software products and new technologies that allow, for example, machine vision and other imaging tools to examine new physical contexts, dependencies and connections

The Digital Transformation of Logistics from a Human-Centred Perspective

Die vorliegende kumulative Dissertation befasst sich mit der digitalen Transformation in der Logistik unter besonderer Berücksichtigung der Auswirkungen des Transformationsprozesses auf die Beschäftigten in dieser Branche. Ziel der kumulativen Dissertation ist es, ein tiefergehendes Verständnis der Entwicklungen zu bekommen, die unter dem Begriff Logistik 4.0 verstanden werden können und zu untersuchen, welche Auswirkungen dies für die zukünftige Arbeit in der Logistik, insbesondere im Lager, haben wird. Die kumulative Dissertation besteht aus fünf Artikeln, die in wissenschaftlichen Fachzeitschriften veröffentlicht bzw. eingereicht wurden und kann grob in drei Teile untergliedert werden: Im ersten Teil der kumulativen Dissertation, der aus dem ersten Artikel besteht, wird der inhaltliche Kern, Logistik 4.0, aufbauend auf dem Begriff und der Forschung zum Thema Industrie 4.0 definiert und auf breiter Basis der aktuelle Forschungsstand dargestellt. Dies bildet die inhaltliche und thematische Grundlage für die nachfolgenden Untersuchungen. Der zweite Teil der kumulativen Dissertation fokussiert auf empirische Grundlagen und einen methodischen Beitrag zur Untersuchung der Menschen-zentrierten Gestaltung der Logistik 4.0, indem zunächst die Auswirkungen der Entwicklung zur Logistik 4.0 auf die Beschäftigten in der Intralogistik, genauer auf ihre Arbeitsplatzmerkmale, untersucht werden. Dies dient dazu, die konkret wahrgenommenen Veränderungen zu erfassen, die Bedeutung des Transformationsprozesses zu verifizieren und den Einfluss seiner technischen Bestandteile auf die Veränderungen der Arbeitsplatzmerkmale zu analysieren. Wenngleich in diesem zweiten Artikel der kumulativen Dissertation deutliche Veränderungen der Arbeitsplatzmerkmale in der Logistik 4.0 aufgezeigt werden konnten, zeigte eine quantitative Analyse von Forschungsarbeiten im dritten Artikel dieser kumulativen Dissertation auf, dass die Forschung sich bei der Gestaltung von Industrie 4.0 auf technische Änderungen fokussiert. Daher wird abschließend im dritten Kapitel ein allgemein anwendbares, theoriebasiertes, systematisches Analysewerkzeug entwickelt, das es ermöglicht, die Auswirkungen der Einführung von Industrie 4.0 und Logistik 4.0 Elementen auf die involvierten Menschen zu untersuchen und die möglichen Folgen für das Gesamtsystem zu antizipieren. Im abschließenden dritten Teil dieser kumulativen Dissertation erfolgt ein genauerer Blick auf die Auswirkungen der Entwicklung zur Logistik 4.0 auf die Kommissionierung als einen zentralen, zumeist arbeitsintensiven Prozess in der logistischen Kette. In Artikel 4 wird daher zunächst das Feld einer Kommissionierung 4.0 strukturiert, um darauf aufbauend zu untersuchen, welche technischen und prozessualen Lösungen die Wissenschaft für eine gleichermaßen menschengerechte und ökonomische Kommissionierung unter den sich wandelnden Anforderungen betrachtet hat. Es zeigt sich, dass ein aus ökonomischer und sozialer Perspektive vielversprechendes Kommissioniersystem, die hybride Kommissionierung, bislang kaum untersucht wurde. Dies erfolgt daher im abschließenden fünften Artikel dieser kumulativen Dissertation, in dem ein Beispiel für ein kollaboratives, hybrides Kommissioniersystem untersucht wird, in dem Menschen und autonome Roboter gemeinsam im selben Lagerbereich Aufträge kommissionieren. Die Artikel greifen zur Untersuchung der Themenschwerpunkte auf verschiedene Methoden unterschiedlicher Disziplinen zurück und stützen sich auf ein breites theoretisches Fundament. Methodisch wird in Artikel 1, der die konzeptionelle Grundlage der Logistik 4.0 behandelt, zunächst ein konzeptioneller Ordnungsrahmen entwickelt, mit dem der Begriff und die Bestandteile des Konzepts Logistik 4.0 abgeleitet werden. Hierbei werden insbesondere zwei Einflussfaktoren berücksichtigt: Neue Anforderungen an die Logistik sowie neue technologische Möglichkeiten. Anschließend wird mittels eines systematischen Literaturüberblicks der aktuelle Stand der Forschung zu Logistik 4.0 strukturiert untersucht. Der Fokus liegt hierbei auf den technologischen Anwendungen in der Logistik und wie diese die Logistik verändern. Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse werden der Ordnungsrahmen zu Logistik 4.0 detailliert und zukünftige Forschungsperspektiven herausgearbeitet – es wird gezeigt, dass die Auswirkungen der Transformation auf menschliche Faktoren nur in geringem Maße in der analysierten Literatur diskutiert wurden. Im methodischen Fokus von Artikel 2 der vorliegenden kumulativen Dissertation steht daher die Durchführung und Auswertung von teil-strukturierten Interviews, die mit Beschäftigten aus sieben Unternehmen geführt wurden, um die Ausprägungen und Zusammenhänge zwischen Arbeitsplatzmerkmalen und der Intralogistik 4.0-Reife zu untersuchen. Auf der Grundlage des Work Design Questionnaire wurden die Interviews in Bezug auf 21 Arbeitsplatzmerkmale mit 16 Angestellten in der Intralogistik geführt und zusätzlich die Intralogistik 4.0 Reife der Arbeitsplätze bewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass Logistik 4.0 signifikanten Einfluss auf die Arbeitsplatzmerkmale hat und die Effekte sowohl positiv als auch negativ in Bezug auf Arbeitszufriedenheit und Motivation sein können. Im Wesentlichen ist die Art und Intensität des Einflusses in den zumeist manuellen Prozessen abhängig von der Art der genutzten Technologien, Automatisierung oder Digitalisierung. In Artikel 3 wird zunächst eine quantitative Inhaltsanalyse durchgeführt, in der die Themenschwerpunkte bisheriger Forschung zu Industrie 4.0 nachgewiesen werden. Die Ergebnisse zeigen, dass zwar unterschiedliche Rollen von Menschen identifiziert werden, menschliche Faktoren im Vergleich zu technischen Faktoren jedoch eine deutlich untergeordnete Rolle in der Forschung erhalten. Anschließend wird auf Basis von fünf Theorie-Bausteinen ein methodisches Vorgehensmodell zur Analyse der Einflüsse von Industrie 4.0-induzierten Änderungen auf ein bestehendes Arbeitssystems abgeleitet. Anhand zweier Beispiele wird die Methodik veranschaulicht und die Praxistauglichkeit exemplarisch aufgezeigt. Artikel 4 und 5 fokussieren daraufhin den Kommissionierprozess im Zusammenhang mit Logistik 4.0 und untersuchen zunächst in Artikel 4 mittels eines konzeptionellen Ordnungsrahmens und eines systematischen Literaturüberblicks den aktuellen Stand der Forschung in diesem Bereich. Der Ordnungsrahmen unterscheidet nach substituierenden technischen Systemen im Kommissionierprozess und unterstützenden Technologien und stuft diese qualitativ basierend auf dem Grad der Automatisierung ab. Darauf aufbauend werden vier verschiedene Kommissioniersysteme klassifiziert und drei von ihnen in einem systematischen Literaturüberblick analysiert. Die Ergebnisse zeigen eine deutliche Unterrepräsentierung hybrider Kommissioniersysteme, obwohl diese aus einer soziotechnischen Perspektive vielversprechende Möglichkeiten bieten. Hierauf aufbauend wird in Artikel 5 ein hybrides Kommissioniersystem bestehend aus menschlichen Kommissionierern und Kommissionierrobotern, die innerhalb eines Arbeitsbereichs kommissionieren, abgeleitet, das aufbauend auf den ökonomischen und sozialen Zielen vielversprechend erscheint. In einer agentenbasierten Simulationsstudie – die besonders geeignet ist um das Verhalten eines Systems basierend auf den Interaktionen verschiedener Akteure aufgrund individueller Verhaltensregeln zu analysieren - werden die Interaktion der technischen und menschlichen Teilsysteme untersucht und der Einfluss von Routenstrategien genauer betrachtet. In einer kritischen Diskussion der Annahmen des idealisierten Systems der Simulationsstudie wird aufgezeigt, dass hybride Systeme vielversprechende Ergebnisse für reale Anwendungen darstellen und geeignet sind, sowohl die Systemeffizienz, als auch die Arbeit der menschlichen Kommissionierer zu verbessern