[論文レビュー] Distributed Collision-free Protocol for AGVs in Industrial Environments

Dario Marino, Adriano Fagiolini+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 12, 2011

Advanced Manufacturing and Logistics Optimization参考文献 2被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、共有リソースモデルとローカルなロボット間通信（『看板』を用いて）を用いた分散型で自律的な自動搬送車（AGV）の衝突回避ナビゲーションのためのプロトコルを提示する。本プロトコルは、AGVの数が有界である条件下で、デッドロックやライブロックを回避する運用を保証し、中央集権的制御、同期時計、共有メモリを一切用いずに、相互のリソースアクセスと安全な調整を実現する。

ABSTRACT

In this paper, we propose a decentralized coordina- tion algorithm for safe and efficient management of a group of mobile robots following predefined paths in a dynamic industrial environment. The proposed algorithm is based on a shared resources protocol and a replanning strategy. It is proved to guarantee ordered traffic flows avoiding collisions, deadlocks (stall situations) and livelock (agents move without reaching final destinations). Mutual access to resources has been proved for the proposed approach while condition on the maximum number of AGVs is given to ensure the absence of deadlocks during system evolutions. Finally conditions to verify a local livelocks will also be proposed. In consistency with the model of distributed robotic systems (DRS), no centralized mechanism, synchronized clock, shared memory or ground support is needed. A local inter-robot communication, based on sign-boards, is considered among a small number of spatially adjacent robotic units.

研究の動機と目的

• 集中制御を用いずに、動的な工業的環境における多数のAGVの安全で効率的かつスケーラブルな調整を可能にすること。
• AGVの交通において、衝突、デッドロック（停止状態）、ライブロック（進行なしの無限ループ）を回避すること。
• 相互のリソースアクセスが保証される条件を確立し、システムの安定性を維持すること。
• 分散型ロボットシステムにおけるリアルタイム検証を可能にするローカルライブロック検出基準を定義すること。
• 同期時計、共有メモリ、地上支援に依存しない分散型ロボットシステム（DRS）の制約下で動作すること。

提案手法

• AGVは事前に定義された経路に従い、経路セグメントへのアクセスをリソース共有モデルに基づいて要求する。
• 空間的に隣接するロボット同士の状態および予約情報を交換するためのローカルなロボット間通信メカニズムとして、『看板』を実装する。
• リソースが遮断されているために進行不能となった場合に、再計画戦略を用いて衝突を解消する。
• リソースアクセスルールに基づく優先順位メカニズムを導入し、順序正しく交通が流れるように制御する。
• 有界なAGV数の下でデッドロックが生じないことを形式的に証明し、状態監視によるローカルライブロック検出を実施する。
• 本手法は完全に分散型であり、グローバルな調整やインfrastrucureに依存せず、ローカル通信のみに依存する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 動的な工業的環境において、AGVを分散型で調整するにはどうすればよいか？衝突を回避できるか？
• RQ2 共有リソースを用いた相互作用するAGVのシステムにおいて、デッドロックフリーであるための条件は何か？
• RQ3 分散型AGV調整システムにおいて、ライブロックをどのように検出し、防止できるか？
• RQ4 『看板』によるローカルなロボット間通信は、安全で効率的な経路交渉をどのように可能にするか？
• RQ5 システムの安定性を維持しながら、リソースへの相互アクセスを保証できる制約条件は何か？

主な発見

• ローカル協調を実現する共有リソースアクセスモデルを強制することで、本プロトコルは衝突のないナビゲーションを保証する。
• 最大AGV数の下で、デッドロックのない動作が形式的に証明されており、いかなるロボットも永久に停止しないことを保証する。
• 状態監視によるローカルな移動パターンのサイクル検出により、ライブロックが防止される。
• 提案された条件下で、リソースへの相互アクセスが保証され、効率的な交通が可能になる。
• 本手法は、集中制御、同期時計、共有メモリ、地上支援に依存せず、DRSの原則に適合している。
• ローカルな『看板』通信の使用により、空間的に隣接するAGV間でのスケーラブルで頑健な協調が実現される。