An integrated resouce-based, power-aware control system for autonomous rover mission operations

Resumen

El trabajo presentado en esta tesis ha sido concebido como una actividad promovida y financiada por la Agencia Espacial Europea (ESA) bajo el marco del programa Networking and Partnering Initiative (NPI) (ESTEC-No. 2169/08/NI/PA). Las principales contribuciones que de este trabajo se desprenden surgen como una respuesta a la necesidad de continuar desarrollando la autonomía a bordo en la robótica espacial, evolucionando así el esquema clásico de tele-operación hacia una estrategia mixta y global de control que permita ejecutar diferentes modos de operación desde puramente manuales a totalmente autónomos. En este contexto, hemos estudiado y desarrollado técnicas existentes de IA de scheduling y control de ejecución, proponiendo una solución aplicada a un modelo de misión de exploración planetaria conducida por un rover, consistente en una arquitectura de control autónomo avanzado que combina: - Planificación y scheduling robusto basado en restricciones. El sistema de control propuesto provee herramientas de razonamiento de alto nivel que permiten sintetizar (a bordo) planes de acción que definen los pasos necesarios para la consecución de los diferentes objetivos de la misión. Las actividades que definen el plan de acción están delimitadas por un conjunto heterogéneo de restricciones complejas de naturaleza temporal y de uso de recursos, como por ejemplo plazos máximos de ejecución (deadlines), tiempos de espera entre actividades (sequence-dependent setup-times), requerimientos energéticos o de uso de instrumentos. - Esquema de control de ejecución flexible y reactivo. La ejecución de los planes de acción se basa en el conocido esquema de control de bucle cerrado Sense-Plan-Act (SPA), capaz de reaccionar a un conjunto de posibles situaciones de riesgo derivadas de la alta incertidumbre del entorno. El modelo de control implementado asegura la consistencia del plan de acción a lo largo de su ciclo de ejecución mediante la coordinación de las herramientas de razonamiento avanzado, monitorización y análisis del desarrollo de la ejecución, y estrategias reactivas para la actualización y corrección del plan en ejecución en caso de diferencias (desviaciones) entre la evolución de la ejecución esperada y real. Además, el modelo de control presentado permite desplegar un proceso de optimización continua del plan de forma paralela a la ejecución, además de la posibilidad de incorporar ad-hoc nuevos objetivos de misión al plan de forma dinámica. Por ultimo, con el fin de validar las capacidades clave de la arquitectura de control presentado, se propone el desarrollo de un banco de pruebas o testbed integrado con el avanzado sistema de simulación de rovers 3DROV, una herramienta propiedad de la ESA diseñada para reproducir de forma detallada la operación de un rover en un escenario realista.