A complex multi-robot assembly cell should be controlled to satisfy control requirements such as obeying an assembly sequence, and freedom from deadlocks,
livelocks, collisions, or wasteful behaviour. Once the control requirements are specified in a formal model such as automata or Petri nets and the specification satisfies a {\em controllability} qualification, such a specification for desirable behavior can be directly used as the control logic. When the control specification cannot prevent the system from falling into an undesirable state due to some uncontrollable events like breakdowns or alarm occurrences, the {\em supervisory control logic} should be derived by restricting the control specification further. Most studies on the modern supervisory control theory, based on the formal language theory, focus on deriving the controllable supervisory control logic, called the {\em supremal sublanguage}, from a priori given formal control specification for the desirable behavior, called the {\em legal language}. However, the most essential part of supervisory control logic design is to develop the formal control specification itself from the control requirements. While most supervisory control logic design works concentrate on logical control, a supervisory control logic for a manufacturing system should optimize the performance as well as satisfying the logical control requirements. Further, since most error recovery procedures tend to be specified by the domain knowledge of manufacturing or system engineers, we need a systematic way of incorporating such practical error recovery procedures into the supervisory control logic.
In this work, we propose a practical way of designing a supervisory control logic for a multi-robot assembly cell based on a automata-based formal control specification. The proposed method has three design phases, such as logical control logic design, performance control logic design, and error-recovery control logic design. We first define elementary events of a multi-robot assembly cell by decomposing the robot tasks from the system`s ultimate goals.
For passive supervisory control logic design, we propose a practical way of developing an automata-based control specification from the control requirements. We first discuss strategies for modeling generic behavior including control requirement of component devices of the cell and the control requirements in concurrent automata, except the deadlock-free and livelock-free control requirements, which are hard to specify in automata. Then, we propose an efficient computational strategy for efficiently composing the automata and trimming out dead-ended states to enforce the deadlock-free control requirement in order to obtain the control specification, the legal language. Once the legal language is constructed, the legal language itself or its supremal sublanguage derived from the legal language, depending on the controllability, is taken as the passive supervisory control logic.
To complement the passive supervisory control logic design phase, we propose the use of a formal verification method to verify that a proposed control logic satisfies the control requirements or has desirable behavior. The supervisory control logic is specified in automata called $L$-processes and the desirable behavior or properties to be verified are modeled in $L$-automata. Then, the verification test is made by testing whether the $L$-automata contain the language generated by $L$-processes by using an existing verification tool. We discuss strategies for modeling a control logic or specification and verifying and improving the control logic.
For active supervisory control logic design, we propose a pragmatic way of deriving an optimal control logic from the passive supervisory control logic. The proposed method minimizes the cycle time by incrementally searching the randomly generated feasible state trajectories of the system that is controlled by the supervisory control logic. The livelock cycles are eliminated by minimizing the cycle time.
Finally, we presents a framework of augmenting the active supervisory control logic for error recovery against predictable abnormal events or state while keeping satisfying the control requirements. We propose strategies for backward recovery, forward recovery and recovery planning.
다중로봇조립셀의 운용은 조립순서 준수, 고착상태 회피(deadlock-free),
충돌방지(collision-free), 무의미한 반복작업 방지(livelock-free) 등과 같은 복잡한 운용조건을 만족해야 할 뿐만 아니라, 동시에 조립셀의 운용성능과 이상사건으로부터의 복구 문제 등도 고려해야 한다. 이러한 문제를 다루기 위하여 미분 또는 차분방정식으로
표현되는 연속변수시스템 분석 이론과는 다른, 상태변수와 이들간의 천이, 즉 사건레벨에서 시스템을 기술하고 분석하는 이산사건 모델링 및 형식언어이론에 기반한 감시제어 이론에 대한 연구가 시작되어 각광받기에 이르렀다. 그러나 연구의 중심이 이미 기술된 시스템의 성능 분석 위주로 진행되어 실제 산업현장에 응용하기에는 어려움이
따른다.
본 논문에서는 이산사건 모델링의 대표적 형식론 중 하나인 오토마타를 이용하여 다중로봇조립셀용 감시제어로직을 설계하는 단계적 절차를 제안하였다. 제안된 절차는 논리적 운용조건만을 고려하여 금지상태 접근을 차단하는 수동적 감시제어로직 설계단계,
수동적 감시제어로직으로부터 사이클타임 등과 같은 성능지표를 고려하여
다중로봇조립셀의 성능을 최적화시키는 능동적 감시제어로직 설계단계, 발생 예측가능한 이상사건을 고려하여 이상사건 발생시의 복구로직을 능동적 감시제어로직에 추가하는 이상사건-복구 감시제어로직 설계단계로 구성된다. 제안한 다중로봇조립셀용 감시제어로직 설계는 상태피드백 방식을 전제로 하며, 모델링의 중요 요소인 사건의 정의는 로봇태스크 분해방법을 사용하였다.
수동적 감시제어로직 설계단계에서는 감시제어로직 합성법에 의한 방법과 검증법에 의한 설계방법을 사용하였다. 합성법에 의한 설계는 다중로봇조립셀의 일반적(generic) 운용조건에 대한 모듈화된 모델링 방법론을 제시하였으며, 모델링시 중요한 이슈를 다루었으며, 이를 하나의 오토마타로 합성하기 위한 효과적 합성전략을 제시하였다.
검증법에 의한 설계는 합성법에 의한 설계와 보완적으로 사용할 수 있으며, 모델링 개념, 계산 속도 등에서 장점이 있다.
능동적 감시제어로직 설계단계에서는 고정된 작업시간과 다중 프로세서(로봇)에 의한 작업이 이루어지는 다중로봇조립셀의 특성에 따라 시뮬레이션에 기반한 휴리스틱 탐색기법을 사용하여 능동적 감시제어로직을 설계하는 방법을 제안하였다.
이상사건-복구 감시제어로직 설계단계에서는 이상사건이 발생한 후, 발생 이전상태로 복구를 진행하는 역방향 복구, 초기 목표상태로 복구를 진행하는 순방향 복구, 현재 정의된 사건으로는 복구가 불가능한 경우, 복구에 필요한 상태전이의 순서를 제시하는
복구계획 방법을 제안하였다.
