Integration of a multi-agent system into a robotic framework: a case study of a cooperative fault diagnosis application

Abstract

Programming multi-robot autonomous systems can be extremely complex without appropriate software development techniques to abstract hardware faults, as well as can be hard to deal with the complexity of software required the coordinated autonomous behavior. Real environments are dynamic and unexpected events may occur, leading a robot to unforeseen situations or even fault situations. This work presents a method of integration of Jason multi-agent system into ROS robotic framework. Through this integration, can be easier to describe complex missions by using Jason agent language and its resources, as well as abstracting hardware details from the decision-taken process. Moreover, software modules related to the hardware control and modules which have a high CPU cost are separated from the planning and decision-taken process in software layers, allowing plan and software modules reuse in different missions and robots. Through this integration, Jason resources such as plans reconsideration and contingency plans can be used in a way where they can enable the robot to reconsider its actions and strategies in order to reach its goals or to take actions to deal with unforeseen situations due the environment unpredictability or even some robot hardware fault. The presented integration method also allows the cooperation between multiple robots through a standardized language of communication between agents. The proposed method is validated by a case study applied in real robots where a robot can detect a fault in its hardware and diagnose it through the help of another robot, in a highly abstract method of cooperative diagnosis.

A programação de sistemas autônomos multi-robô pode ser extremamente complexa sem o uso de técnicas de desenvolvimento de software apropriadas à abstração de características de hardware, assim como pode ser difícil lidar com a complexidade de software necessária ao comportamento autônomo coordenado. Ambientes reais são dinâmicos e eventos inesperados podem ocorrer, levando um robô a situações não previstas ou até mesmo situações de falha. Este trabalho apresenta um método de integração do sistema multi-agente Jason com o framework robótico ROS. Através desta integração, missões complexas podem ser mais facilmete descritas tendo em vista o uso da linguagem de agentes e seus recursos, bem como a abstração de detalhes de hardware do processo de tomada de decisão. Além disso, módulos de software vinculados ao controle do hardware e módulos com alto consumo de recurso de CPU são separados das rotinas de planejamento e tomada de decisão através de camadas de software, possibilitando o reuso de planos e módulos de software em diferentes missões e robôs. Através desta integração, recursos do sistema multi-agente, tais como a reconsideração de planos e planos de contingência, podem ser utilizados de forma a permitir que o robô reavalie suas ações e estratégias a fim de atingir seus objetivos ou tome ações de forma a lidar com situações imprevistas diante da dinamicidade do ambiente ou quando falhas são detectadas no hardware do robô. A integração permite ainda a cooperação entre múltiplos robôs através de uma linguagem de comunicação padronizada entre agentes. O método proposto é validado através de um estudo de caso aplicado a robôs reais onde um robô pode detectar falhas em seu hardware e diagnosticá-las através da ajuda de outro robô, em um método cooperativo de diagnóstico altamente abstrato.