Forschungsinteressen

Im Bereich der Robotik:

• Zustandsschätzung in verteilten Systemen (Beobachterentwurf)
• Kooperative Regelungen
• Multi-Agenten-Systeme
• Synchronisierung und Consensus-Problem

Im Bereich der Informatik:

• Softwareentwicklung: Qt-Programmierung, KDE-Entwicklung
• OpenSource-Projekte: Kate (Text Editor)

Forschungsgebiet: Zustandsschätzung in verteilten Systemen

Multi-Agenten-Systeme bestehen aus mehreren, kooperierenden Agenten. Diese Agenten sollen gemeinsam eine Aufgabe lösen. Einfache Aufgaben sind etwa Synchronisierung oder Formation; komplexere Aufgaben umfassen Rettungsmissionen oder die Überwachung eines Gebiets und können oftmals nicht von einem einzelnen Agenten gelöst werden.

Um eine effektive Lösungsstrategie dieser Aufgaben zu gewährleisten, müssen sich die Agenten koordinieren. Dazu werden die Zustände der Agenten benötigt. Ein Zustand kann beispielsweise die Position eines Agenten, Hindernisse in der Umgebung oder beliebige Information des zugrundeliegenden Systems beinhalten. Die Agenten können zudem unterschiedliche Dynamik aufweisen. Daher sind die Agenten heterogen im Zustand und in der Dynamik.

Messungen sind z.B. aufgrund von Unsicherheiten in der Sensorik oftmals fehlerbehaftet. Diese Unsicherheiten führen dazu, dass jeder Agent Filter anwenden muss, um eine möglichst gute Näherung bzw. eine Wahrscheinlichkeitsverteilung seines wahren Zustands zu erhalten. Die Idee ist nun, zusätzliche Information der Zustände anderer Agenten in der Gruppe im Filteransatz zu berücksichtigen, um die Genauigkeit der Schätzung zu verbessern. Dies lässt sich mit dem Begriff der verteilten Zustandsschätzung beschreiben. In aktuellen Forschungsarbeiten werden oftmals ausschließlich synchrone Systeme betrachtet, d.h., alle Agenten können zu jeder Zeit ohne Verzögerung miteinander kommunizieren. Diese Annahmen treffen allerdings nur selten zu, da sich Verzögerungen in der Kommunikation oder Datenverlust nicht vermeiden lassen. Daher sind verteilte Systeme inhärent zeitvariant und asynchron.

Graphische Modelle wie etwa Dynamische Bayessche Netze (DBNs) bieten eine Möglichkeit zur Darstellung verteilter Systeme. Darstellungen dieser Art visualisieren Abhängigkeiten in Form von einem Graphen auf der Zeitachse. Jeder Knoten beschreibt einen Zustand oder eine Messung. Kanten zwischen Knoten stellen Abhängigkeiten dar. Informationsfluss zwischen Knoten verschiedener Agenten implizieren Kommunikation. Sind beispielsweise Knoten verschiedener Agenten, die den Zustand repräsentieren, verbunden, so ist die Dynamik dieser Agenten gekoppelt. D.h., der Zustand eines Agenten beeinflusst den Zustand eines anderen Agenten. Dieser Sachverhalt kann mit den aktuell gängigen Inferenz-Methoden nicht ausreichend dargestellt werden, sobald zeitliche Verschiebungen und unterschiedliche Zeitskalen berücksichtigt werden sollen.

Es ist daher naheliegend, für verteilte Systeme eine entsprechende mathematische Notation und Darstellung in Form von graphischen Modellen zu finden. Darüber hinaus muss analysiert werden, wo die Zustandsvektoren anderer Agenten berücksichtigt werden sollen, um die Güte der Schätzung zu maximieren. Dies führt dann zu der Herleitung von Filtern, die sich speziell für verteilte, asynchrone Systeme unter den genannten Bedingungen eignen.

Publikationen

Sonstiges

Vorträge

• DisCoverage for Non-Convex Environments with Arbitrary Obstacles, IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), Shanghai, China, May 2011
• Zustandsschätzung in verteilten Systemen, Regelungstheorie & Robotik (RTR), TU Darmstadt, July 2010
• DisCoverage: A New Paradigm for Multi-Robot Exploration, IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), Anchorage, Alaska, May 2010
• State Estimation in Distributed Systems, Research Training Group (GRK1362), February 2010
• DisCoverage: A New Paradigm for Multi-Robot Exploration, Dagstuhl, Germany, 2010

Chair

• Chair: “Path Planning for Multiple Robots I”, IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), Shanghai, China, May 2011

Reviewer

• CDC: IEEE International Conference on Decision and Control, 2011
• IROS: IEEE/RSJ International Confrence on Intelligent Robots and Systems, San Francisco, California
• at – Automatisierungstechnik, 2010
• ICAR: International Conference on Advanced Robotics, 2011