基于网络重构的异构多机器人系统弹性监控

我们提出了一种面向遭受资源故障的联网异构多机器人团队的弹性框架。团队中每个机器人都配备有与邻居共享的资源。此外，团队中每个机器人执行一项任务，其性能取决于其所能访问的资源。当特定机器人上的某个资源不可用（例如相机停止工作）时，团队会最优地重构其通信网络，以使受故障影响的机器人能够继续其任务。我们聚焦于监控任务，其中机器人各自估计外生过程的状态。我们通过定义一种更强的可观测性概念——单跳可观测性（one-hop observability），来刻画机器人资源丢失对团队监控性能的端到端影响。通过单跳可观测性这一概念抽象底层个体资源对任务性能的影响，我们的框架在满足条件的情况下，能够原则性地重构团队中的信息流，以有效地用来自另一机器人的信息替代某一机器人丢失的资源。网络重构被转化为在资源故障发生后选择系统通信图中待修改边的问题。基于有限时间收敛控制障碍函数（control barrier functions）的控制器驱动每个机器人到达能够实现修改后图通信链路的空间位置。我们通过在差分驱动机器人团队上部署该框架以估计一组四旋翼飞行器（quadrotors）的位置，验证了其有效性。