Navigazione e coordinamento di agenti mobili mediante tecniche di controllo predittivo distribuito

Nowadays, robotics applications are growing at a fast rate. In fact, the progress in technology allows for the development and the implementation of advanced control algorithms. The interest has shifted from the design of few and complex robots to the use of a large number of simpler and more inexpensive agents, endowed with cooperation capabilities. Besides the reduction of the overall cost, the use of simpler agents leads to a more robust and flexible system architecture which, however, requires advanced control techniques to provide cooperation between robots. Distributed control solutions have been studied as a result of these needs due to their fault tolerance features and to the lower computational requirements. The main purpose of this work is to provide a general unifying solution for some common problems concerning the control of multi-agent systems. Starting from the study of a robust predictive control algorithm, solutions to the traditional problems, such as formation control, containment and navigation in unknown environment, will be given. Specific attention will be paid to computational aspects. In fact, the main goal is to provide powerful techniques which can be easily deployed in real robots with limited computational effort and time. Finally, the effectiveness of the algorithms will be demonstrated through real experiments with a three-robot test facility.

Negli ultimi anni la diffusione di agenti autonomi per lo svolgimento di attività a supporto e sostegno dell’uomo è sempre più marcata grazie anche allo sviluppo di tecnologie che permettono l’implementazione di sofisticate tecniche di controllo. Queste ultime si stanno orientando verso soluzioni di tipo distribuito poiché presentano maggiore robustezza rispetto a malfunzionamenti riducendo allo stesso tempo lo sforzo computazionale complessivo. Allo stesso modo, motivazioni economiche, prestazionali e di flessibilità orientano la direzione di sviluppo verso l’impiego di un maggior numero di agenti semplici, dotati di capacità di collaborazione, rispetto a pochi, ma con elevate capacità sensoriali e computazionali, portando però a più complessi problemi di controllo e coordinamento. Lo scopo della tesi è di fornire una strategia di controllo unificante per diversi problemi inerenti il controllo di agenti mobili in diverse applicazioni. Successivamente all’analisi di una soluzione di controllo predittivo robusto verranno proposte delle soluzioni a classici problemi del controllo di formazione, del contenimento e della navigazione in ambiente sconosciuto. Particolare attenzione sarà data agli aspetti computazionali relativi all’elaborazione della legge di controllo poiché l’obiettivo ultimo è l’utilizzo di tali tecniche in contesti reali in cui i tempi a disposizione per portare a temine le operazioni di calcolo sono spesso limitati. Tutti gli algoritmi proposti saranno validati attraverso prove sperimentali mediante l’impiego di tre robot mobili.