Coalition Formation and Execution in Multi-robot Tasks

In this research, I explore several related problems in distributed robot systems that must be addressed in order to achieve multi-robot tasks, in which individual robots may not possess all the required capabilities. While most previous research work on multi-robot cooperation mainly concentrates on loosely-coupled multi-robot tasks, a more challenging problem is to also address tightly-coupled multi- robot tasks involving close robot interactions, which often require capability sharing. Three related topics towards addressing these tasks are discussed, as follows: Forming coalitions, which determines how robots should form into subgroups (i.e., coalitions) to address individual tasks. To achieve system autonomy, the ability to identify the feasibility of potential solutions is critical for forming coalitions. A general IQ-ASyMTRe architecture, which is formally proven to be sound and complete in this research, is introduced to incorporate this capability based on the ASyMTRe architecture. Executing coalitions, which coordinates different robots within the same coalition during physical execution to accomplish individual tasks. For executing coalitions, the IQ-ASyMTRe+ approach is presented. An information quality measure is introduced to control the robots to maintain the required constraints for task execution in dynamic environment. Redundancies at sensory and computational levels are utilized to enable execution that is robust to internal and external influences. Task allocation, which optimizes the overall performance of the system when multiple tasks need to be addressed. In this research, this problem is analyzed and the formulation is extended. A new greedy heuristic is introduced, which considers inter-task resource constraints to approximate the influence between different assignments in task allocation. Through combining the above approaches, a framework that achieves system autonomy can be created for addressing multi-robot tasks

Composition dynamique de services sensibles au contexte dans les systèmes intelligents ambiants

With the appearance of the paradigms of the ambient intelligence and ubiquitaire robotics, we attend the emergence of new ambient intelligent systems to create and manage environments or intelligent ecosystems in a intuitive and transparent way. These environments are intelligent spaces characterized in particular by the opening, the heterogeneousness, the uncertainty and the dynamicité of the entities which establish(constitute) them. These characteristics so lift(raise) considerable scientific challenges for the conception(design) and the implementation of an adequate intelligent system. These challenges are mainly among five: the abstraction of the representation of the heterogeneous entities, the management of the uncertainties, the reactivity in the events, the sensibility in the context and the auto-adaptationAvec l'apparition des paradigmes de l'intelligence ambiante et de la robotique ubiquitaire, on assiste à l'émergence de nouveaux systèmes intelligents ambiants visant à créer et gérer des environnements ou écosystèmes intelligents d'une façon intuitive et transparente. Ces environnements sont des espaces intelligents caractérisés notamment par l'ouverture, l'hétérogénéité, l'incertitude et la dynamicité des entités qui les constituent. Ces caractéristiques soulèvent ainsi des défis scientifiques considérables pour la conception et la mise en œuvre d'un système intelligent adéquat. Ces défis sont principalement au nombre de cinq : l'abstraction de la représentation des entités hétérogènes, la gestion des incertitudes, la réactivité aux événements, la sensibilité au contexte et l'auto-adaptation face aux changements imprévisibles qui se produisent dans l'environnement ambiant. L'approche par composition dynamique de services constitue l'une des réponses prometteuses à ces défis. Dans cette thèse, nous proposons un système intelligent capable d'effectuer une composition dynamique de services en tenant compte, d'une part, du contexte d'utilisation et des diverses fonctionnalités offertes par les services disponibles dans un environnement ambiant et d'autre part, des besoins variables exprimés par les utilisateurs. Ce système est construit suivant un modèle multicouche, adaptatif et réactif aux événements. Il repose aussi sur l'emploi d'un modèle de connaissances expressif permettant une ouverture plus large vers les différentes entités de l'environnement ambiant notamment : les dispositifs, les services, les événements, le contexte et les utilisateurs. Ce système intègre également un modèle de découverte et de classification de services afin de localiser et de préparer sémantiquement les services nécessaires à la composition de services. Cette composition est réalisée d'une façon automatique et dynamique en deux phases principales: la phase offline et la phase online. Dans la phase offline, un graphe global reliant tous les services abstraits disponibles est généré automatiquement en se basant sur des règles de décision sur les entrées et les sorties des services. Dans la phase online, des sous-graphes sont extraits automatiquement à partir du graphe global selon les tâches à réaliser qui sont déclenchées par des événements qui surviennent dans l'environnement ambiant. Les sous-graphes ainsi obtenus sont exécutés suivant un modèle de sélection et de monitoring de services pour tenir compte du contexte d'utilisation et garantir une meilleure qualité de service. Les différents modèles proposés ont été mis en œuvre et validés sur la plateforme ubiquitaire d'expérimentation du laboratoire LISSI à partir de plusieurs scénarii d'assistance et de maintien de personnes à domicil

Plan-Based Configuration of an Ecology of Robots

Abstract — We consider an ecology of robots in which robots can help each other by offering information-producing functionalities. A functional configuration of this ecology is a way to allocate and connect functionalities among the participating robots. In general, different configurations can be used to solve the same task, depending on the current situation, and some tasks require sequences of different configurations to be solved. In this paper, we propose a plan-based approach to automatically generate a preferred configuration for a given task, environment, and set of resources. We also describe how our configuration planner can be integrated with an action planner to deal with tasks that require sequences of configurations. We illustrate these ideas on a specific instance of an ecology of robots, called a PEIS Ecology. We also show an experiment run on our PEIS Ecology testbed, in which a sequence of configurations for an olfactory task is automatically generated and executed. I