Projektgruppe ``Kooperierende autonome Systeme''

KautS

(Dierks, Hoenicke, Olderog, Schäfer)

Viele Aufgaben lassen sich besser lösen, wenn sie auf viele mitdenkende Köpfe verteilt werden können. Diese alltägliche Erfahrung setzt sich auch bei der industriellen Herstellung von Gütern durch. Statt einer starren Produktion am Fliessband, bei der die gesamte Produktion still steht, wenn eine Maschine ausfällt, wird mit flexibleren Anordnungen experimentiert, bei der dann eine andere Maschine einspringt und mit den anderen kooperiert. Dieser Anwendungsbereich gehört zum Thema ``kooperierende autonome Roboter'' [1] oder auch ``mobile Roboter'' [2.1] [2.2] . In der Projektgruppe soll ein Schritt in Richung formale Behandlung von Systemen aus solchen Robotern gemacht weren.

Für ein Forschungsprogramm der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) hat das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung in Stuttgart eine sehr attraktive, realistische Fallstudie [3.1] [3.2] entwickelt, an der mehrere Werkzeugmaschinen, fahrerlose Transportfahrzeuge und Lager miteinander kooperieren, um Werkstücke geeignet zu bearbeiten. Dabei können die Transportfahrzeuge von den Werkzeugmaschinen nach Bedarf wie Taxis gerufen werden, um Werkzeugteile zu bringen oder abzuholen.

In der Projektgruppe soll diese Fallstudie in einer gewissen Ausbaustufe (z.B. drei Werkzeugmaschinen und drei Transportfahrzeuge) spezifiziert, implementiert und teilweise verifiziert werden. Als Zielhardware sollen Mini-Roboter eingesetzt werden, die programmierbaren Lego-Mindstorm Bausteine [4.1] [4.2] . Diese besitzen Sensoren und Aktoren zur Kommunikation mit ihrer Umwelt, u.a. durch eine Infrarot-Schnittstelle.

Die Implementierung soll durch eine geeignete Übersetzung aus der Spezifikation gewonnen werden. Dazu soll die in der Abteilung Semantik entstandene Werkzeugumgebung MOBY/PLC [6] für die Spezifikation und Analyse von Realzeitsystemen erweitert werden. Bisher können mit MOBY/PLC nur Systeme spezifiziert und implementiert werden, deren Komponenten sich auf ``fest vorgegebenen Bahnen'' bewegen wie es zum Beispiel bei einer Eisenbahnsteuerung ausreicht [7] .

• Entwicklung einer Spezifikationssprache SR mit anwendungsspezifischen Sprachelementen zur Verhaltensbeschreibung des Robotersystems,
• Entwicklung eines graphischen Editors für SR und eines Übersetzers von SR in die Programmiersprache der Lego-Mindstorms als Erweiterung der MOBY-Werkzeugumgebung,
• Entwicklung einer Methodik zur Verifikation von Verhaltenseigenschaften der Roboter durch den Einsatz von automatischen Verfahren (Model-Checker)

Die Spezifikationssprache und der zugehörige Übersetzer soll in die MOBY-Werkzeugumgebung eingepasst werden.

Die Implementierungsaufgaben können an den Rechnern der Abteilung durchgeführt werden.

Die MOBY-Werkzeugumgebung ist in C++ geschrieben und läuft unter Solaris und Linux. Zur Versionskontrolle wird CVS eingesetzt. Die Dokumentation soll mit LaTeX geschrieben werden. Die Lego-Roboter werden in normalem C oder C++ programmiert und laufen unter dem speziellem Minimal-Betriebssystem legOS [5] .

• Aktive Mitarbeit bei der Analyse, Konzeption und Implementierung
• Erfüllung übertragener Aufgaben
• Präsentation und Ausarbeitung von Seminarvorträgen
• Erstellung von Zwischen- und Endbericht sowie anfallenden Dokumentationen

WS 2002/2003:

• Seminarphase
• Einarbeitung in Lego Mindstorm Roboter, Fallstudie, MOBY/PLC
• Analyse der Fallstudie
• Entwicklung der Spezifikationssprache SR
• Konzeption des Editor für SR
• Konzeption der Übersetzung von SR in die Lego Mindstorms
• Konzeption einer Methodik zur Verifikation

Vorlesungsfreie Zeit nach dem Ende des WS 2002/2003:

• Anfertigung des Zwischenberichts

SoSe 2003:

• Einarbeitung in das automatische Verifizieren
• Entwicklung des Editors
• Entwicklung des Übersetzers
• Teilweise Verifikation

Vorlesungsfreie Zeit nach dem Ende des SoSe 2003:

• Anfertigung des Endberichts
• Fertigstellung der Dokumentation
• Abschlusspräsentation

Bei erfolgreicher Teilnahme an der Projektgruppe wird ein PG-Schein für die Theoretische Informatik ausgestellt.

Dr. Henning Dierks
Dipl.-Inform. Jochen Hoenicke
Prof. Dr. Ernst-Rüdiger Olderog
Dipl.-Inform. Andreas Schäfer

WS 2002/2003 und SoSe 2003

In beiden Semestern jeweils 8 SWS

• 1 Seminar
• 1 Fortgeschrittenenpraktikum
• 1 Sudienarbeit

Der Rechner- und Softwarebedarf wird durch Ressourcen der veranstaltenden Abteilung gedeckt. Als Raum für Sitzungen ist der A3 2-214 oder der A3 2-209 vorgesehen.

Abgeschlossenes Grundstudium mit erfolgreich abgeschlossenem Vordiplom zu Beginn des WS 2002/2003.

Anmeldungen nimmt der Projektgruppenbeauftrage, Dietrich Boles, entgegen. Einzelheiten findet man auf der Seite ``Projektgruppen im FB10''. Ziel ist, dass am Ende der VL-Zeit die tatsächlich stattfindenden PGs feststehen.

Falls die Projektgruppe stattfindet, können auch von den Veranstaltern noch Anmeldungen nach Anmeldeschluss entgegengenommen werden. In dem Fall wende man sich bitte an die Veranstalter.

Zum Vorhaben der Projektgruppe sind die Ausgangsinformationen wie folgt im Internet zu finden:

[1]

Ein Projekt namens ``Cooperating Autonomous Robots'':
http://www.epm.ornl.gov/cap.html

[2]

Links zum Thema mobile Roboter:
http://www-robotics.usc.edu/~gaurav/DARPA_mobile.html
http://robby.caltech.edu/~choset/mobile_robot.html

[3]

DFG-SPP ``Integration von Spezifikationstechniken für ingenieurwissenschaftliche Anwendungen'':
http://tfs.cs.tu-berlin.de/projekte/indspec/SPP
http://hms.ifw.uni-hannover.de/public/Simulati/fr_sim.htm

[4]

Lego Mindstorm Roboter:
http://mindstorms.lego.com
Lego-Lab der Universität Århus, Dänemark:
http://legolab.daimi.au.dk/

[5]

Die legOS Homepage:
http://legos.sourceforge.net/

[6]

MOBY/PLC Werkzeugumgebung:
http://semantik.informatik.uni-oldenburg.de/projects/mobyplc.html

[7]

Ergebnisbericht des F-Praktikums ``Realzeitsysteme'' im WS 2000/2001:
http://semantik.informatik.Uni-Oldenburg.DE/teaching/fp_realzeitsys_ws0001/result