Architecture for planning and execution of missions with fleets of unmanned vehicles

Esta tesis presenta contribuciones en el campo de la planificación automática y la programación de tareas, la rama de la inteligencia artificial que se ocupa de la realización de estrategias o secuencias de acciones típicamente para su ejecución por parte de vehículos no tripulados, robots autónomos y/o agentes inteligentes. Cuando se intenta alcanzar un objetivo determinado, la cooperación puede ser un aspecto clave. La complejidad de algunas tareas requiere la cooperación entre varios agentes. Mas aún, incluso si una tarea es lo suficientemente simple para ser llevada a cabo por un único agente, puede usarse la cooperación para reducir el coste total de la misma. Para realizar tareas complejas que requieren interacción física con el mundo real, los vehículos no tripulados pueden ser usados como agentes. En los últimos años se han creado y utilizado una gran diversidad de plataformas no tripuladas, principalmente vehículos que pueden ser dirigidos sin un humano a bordo, tanto en misiones civiles como militares. En esta tesis se aborda la aplicación de planificación simbólica de redes jerárquicas de tareas (HTN planning, por sus siglas en inglés) en la resolución de problemas de enrutamiento de vehículos (VRP, por sus siglas en inglés) [18], en dominios que implican múltiples vehículos no tripulados de capacidades heterogéneas que deben cooperar para alcanzar una serie de objetivos específicos. La planificación con redes jerárquicas de tareas describe dominios utilizando una descripción que descompone conjuntos de tareas en subconjuntos más pequeños de subtareas gradualmente, hasta obtener tareas del más bajo nivel que no pueden ser descompuestas y se consideran directamente ejecutables. Esta jerarquía es similar al modo en que los humanos razonan sobre los problemas, descomponiéndolos en subproblemas según el contexto, y por lo tanto suelen ser fáciles de comprender y diseñar. Los problemas de enrutamiento de vehículos son una generalización del problema del viajante (TSP, por sus siglas en inglés). La resolución del problema del viajante consiste en encontrar la ruta más corta posible que permite visitar una lista de ciudades, partiendo y acabando en la misma ciudad. Su generalización, el problema de enrutamiento de vehículos, consiste en encontrar el conjunto de rutas de longitud mínima que permite cubrir todas las ciudades con un determinado número de vehículos. Ambos problemas cuentan con una fuerte componente combinatoria para su resolución, especialmente en el caso del VRP, por lo que su presencia en dominios que van a ser tratados con un planificador HTN clásico supone un gran reto. Para la aplicación de un planificador HTN en la resolución de problemas de enrutamiento de vehículos desarrollamos dos métodos. En el primero de ellos presentamos un sistema de optimización de soluciones basado en puntuaciones, que nos permite una nueva forma de conexión entre un software especializado en la resolución del VRP con el planificador HTN. Llamamos a este modo de conexión el método desacoplado, puesto que resolvemos la componente combinatoria del problema de enrutamiento de vehículos mediante un solucionador específico que se comunica con el planificador HTN y le suministra la información necesaria para continuar con la descomposición de tareas. El segundo método consiste en mejorar el planificador HTN utilizado para que sea capaz de resolver el problema de enrutamiento de vehículos de la mejor forma posible sin tener que depender de módulos de software externos. Llamamos a este modo el método acoplado. Con este motivo hemos desarrollado un nuevo planificador HTN que utiliza un algoritmo de búsqueda distinto del que se utiliza normalmente en planificadores de este tipo. Esta tesis presenta nuevas contribuciones en el campo de la planificación con redes jerárquicas de tareas para la resolución de problemas de enrutamiento de vehículos. Se aplica una nueva forma de conexión entre dos planificadores independientes basada en un sistema de cálculo de puntuaciones que les permite colaborar en la optimización de soluciones, y se presenta un nuevo planificador HTN con un algoritmo de búsqueda distinto al comúnmente utilizado. Se muestra la aplicación de estos dos métodos en misiones civiles dentro del entorno de los Proyectos ARCAS y AEROARMS financiados por la Comisión Europea y se presentan extensos resultados de simulación para comprobar la validez de los dos métodos propuestos.

Author dc:creator

• Muñoz Morera, Jorge Juan

Advisors dc:contributor.advisor

• Maza Alcañiz, Iván
• Ollero Baturone, Aníbal

Statement dc:rights

• Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internacional

Licence dc:rights.uri

• http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/

Language dc:language.iso

eng

Handle dc:identifier.uri

https://hdl.handle.net/11441/88239

OAI identifier oai:identifier

oai:idus.us.es:11441/88239