Search-and-rescue (SaR) in unknown environments requires precise, optimal, and fast decisions. Robots are promising candidates for autonomously performing SaR tasks in unknown environments. While humans use their heuristics to effectively deal with uncertainties, optimisation of multiple objectives in the presence of physical and control constraints is a mathematical challenge that requires machine computations. Thus having both human-inspired and mathematical control capabilities is desired for SaR robots. Moreover, coordinating the decisions of robots with little computation cost in large-scale SaR missions is an open challenge. Finally, in real-life data perceived by SaR robots may be prone to uncertainties. We introduce a hierarchical multi-agent control architecture that exploits non-homogeneous and imperfect perception capabilities of SaR robots, as well as the computational efficiency and robustness to failure of decentralised control methods and global performance improvement of centralised control methods. The integrated structure of the proposed control framework allows to combine human-inspired and mathematical decision making methods in a coordinated and computationally efficient way. The results of various computer-based simulations show that while the area coverage of the proposed approach is comparable to existing heuristic methods that are particularly developed for coverage-oriented SaR, the efficiency of the introduced approach in locating the trapped victims is significantly higher. Furthermore, with comparable computation times, the proposed control approach successfully avoids potential conflicts that exist in non-cooperative methods. These results confirm that the proposed multi-agent control system is capable of combining coverage-oriented and target-oriented SaR in a balanced and coordinated way.


翻译:未知环境中的搜索和救援(SaR)需要精确、最佳和快速的决定。机器人是在未知环境中自主执行SAR任务的有希望的候选者。虽然人类使用超额控制来有效处理不确定性,但在物理和控制制约下优化多重目标是一项数学挑战,需要机器计算。因此,SAR机器人需要人性激励和数学控制能力。此外,在大型SAR飞行任务中,以少量计算成本协调机器人的决定是一个公开的挑战。最后,在SAR机器人认为的实时数据中,可能容易出现不确定性。我们引入了等级化多试管控制结构,利用SAR机器人非混合和不完善的认知能力,以及计算效率和强度来应对分散控制方法失灵和中央化控制方法的全球性能改进。拟议的控制框架综合结构能够以协调和计算效率的方式将人性与数学决策相结合。在SAR机器人的实时数据中,各种基于计算机的模拟结果可能会显示,在以非混合性和不完善的系统上,在可比较性方法中,以可比较的方式将现有的成本方法定位为固定,在现有的成本分析方法中,以可比较的方式将现有的成本定位。

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