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Emergence of idle robots in a multi-robot system and its verification by long-term experiments

Research Project

Project/Area Number 20K19902
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 61050:Intelligent robotics-related
Research InstitutionWakayama National College of Technology

Principal Investigator

Murayama Toru  和歌山工業高等専門学校, 知能機械工学科, 准教授 (30709176)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Keywords群ロボット / 耐故障性 / ネットワーク構造 / 役割分担 / 連結性 / 連結性維持 / 長時間 / ロバスト性 / グラフ連結性 / 自律分散制御
Outline of Research at the Start

群ロボットシステムにおける、タスク達成度には直接貢献しないがシステムの頑健化に貢献するようなロボット、すなわち「働かないロボット」を創発する手法を探る。被覆や探索といった広範囲へ移動しネットワークを通じて情報交換するような協調タスクの実現には、ロボット間の無線通信ネットワークの連結性が重要である。本研究ではいくつかのロボットが自律的に「働かない」ことを選択し、協調タスクの達成度とネットワーク構造の耐故障性を両立できるような自律分散制御手法を目指す。

Outline of Final Research Achievements

In this study, a control method to improve the fault-tolerance of network structures is developed for multi-robot systems in which robots are networked by wireless communication. In tasks where the coverage of sensors mounted by each robot is maximized, the network connectivity is disrupted by the failure of a small number of robots due to the sparse configuration of robots. In response to this problem, this study shows that the fault-tolerance of the entire system can be significantly improved if a small number of robots play a role that contributes to fault-tolerance instead of contributing to the task. An autonomous decentralized control law was devised to achieve such a behavior that contributes to fault-tolerance. The effectiveness of the proposed method was confirmed in long-duration tasks that require fault-tolerance and charging.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

近年、ロボットは労働力の代替として期待されており、長い時間の運用が求められてきている。自律移動ロボットを長時間運用する際、故障のような突発的で予測できない停止や、バッテリーの充電のような一定期間ごとの停止は避けられない。本研究では群ロボットを対象に、耐故障性とタスク達成率のトレードオフを陽に考慮し、少数のロボットが耐故障性の役割を担うことで集団全体の耐故障性能とタスク達成を両立できることを明らかにした。さらに、耐故障性のあるネットワーク構造を自律的に構成するための自律分散制御手法を開発することで、群ロボットの実応用・社会実装へ近づけた。

Report

(5 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (26 results)

All 2023 2022 2021 2020 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (9 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 9 results,  Open Access: 4 results) Presentation (15 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] University of Modena and Reggio Emilia(イタリア)

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  • [Journal Article] Bi-Connectivity Control for Multi-Robot Network Considering Line-of-Sight Communication2023

    • Author(s)
      Murayama Toru、Iwasaki Aoi
    • Journal Title

      Journal of Robotics and Mechatronics

      Volume: 35 Issue: 4 Pages: 1028-1037

    • DOI

      10.20965/jrm.2023.p1028

    • ISSN
      0915-3942, 1883-8049
    • Year and Date
      2023-08-20
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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Development of Experimental Multi-Robot System for Network Connectivity Controls2022

    • Author(s)
      Hiasa Toki, Murayama Toru
    • Journal Title

      Journal of Robotics and Mechatronics

      Volume: 34 Issue: 5 Pages: 1185-1191

    • DOI

      10.20965/jrm.2022.p1185

    • ISSN
      0915-3942, 1883-8049
    • Year and Date
      2022-10-20
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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Distributed control for bi-connectivity of multi-robot network2022

    • Author(s)
      Murayama Toru
    • Journal Title

      SICE Journal of Control, Measurement, and System Integration

      Volume: - Issue: 1 Pages: 1-10

    • DOI

      10.1080/18824889.2022.2157194

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Analysis of trade-off between network connectivity robustness versus coverage area of networked multi-robot system2022

    • Author(s)
      Murayama Toru
    • Journal Title

      Artificial Life and Robotics

      Volume: 27 Issue: 4 Pages: 726-733

    • DOI

      10.1007/s10015-022-00794-3

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    • Author(s)
      Murayama Toru
    • Journal Title

      Proceedings of 5th International Symposium on Swarm Behavior and Bio-Inspired Robotics (AROB-ISBC-SWARM2022)

      Volume: - Pages: 1834-1836

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    • Author(s)
      Murayama Toru, Sabattini Lorenzo
    • Journal Title

      Proceedings of the 15th International symposium on Distributed Autonomous Robotic Systems (DARS2021)

      Volume: - Pages: 415-428

    • DOI

      10.1007/978-3-030-92790-5_32

    • ISBN
      9783030927899, 9783030927905
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  • [Journal Article] Bi-Connectivity Improvement and Preservation for Multi-Robot Network Using Perturbed Algebraic Connectivity2021

    • Author(s)
      Murayama Toru
    • Journal Title

      Proceedings of 60th Annual Conference of the Society of Instrument and Control Engineers of Japan (SICE2021)

      Volume: - Pages: 394-399

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      Murayama Toru
    • Journal Title

      Proceedings of 2021 IEEE/SICE International Symposium on System Integration

      Volume: なし Pages: 781-785

    • DOI

      10.1109/ieeeconf49454.2021.9382705

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  • [Journal Article] Robustness of Multi-Robot Systems Controlling the Size of the Connected Component After Robot Failure2020

    • Author(s)
      Murayama Toru, Sabattini Lorenzo
    • Journal Title

      IFAC-PapersOnLine

      Volume: 53 Issue: 2 Pages: 3137-3143

    • DOI

      10.1016/j.ifacol.2020.12.1052

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      SICE Annual Conference 2023
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      岩崎 碧, 村山 暢
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      計測自動制御学会 システムインテグレーション部門講演会 (SI2023)
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      日浅 登貴, 村山 暢,
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Published: 2020-04-28   Modified: 2025-01-30  

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