A multi-robot cooperation system should be a distributed system which is robust and fault tolerant. It should also be scalable as guaranteed by a scalable communication protocol and a cooperative control architecture. Moreover, robots should be implemented with a flexible navigation controller which can cope with a dynamically varying environment. Above all, it should be able to assign their missions flexibly, adaptively, and coherently. In this dissertation, a multi-robot cooperation system is proposed that efficiently addresses the issues of a scalability. To solve the above mentioned problems, three solutions are developed. First, a limit-cycle navigation method is proposed to improve the ability of obstacle avoidance. This method can overcome disadvantages of an existing potential field method and can easily cope with multi-obstacle situations. Moreover, it can guarantee that the desired posture at a designated position of the robot can be achieved. Second, for a distributed robot system, a novel communication protocol, CSMA/R is proposed. It can guarantee the performance in spite of addition or removal of robots. Third, a scalability-oriented control architecture, SoCA is proposed, which can guarantee the total performance of a system against any change in system size and a dynamically varying environment. Under the conditions that communication can be broken at any time, a communication channel is not always available and a robot does not have perfect ability, the proposed multi-robot cooperation system can guarantee a scalability without the need for centralized control by giving up its mission or conceding to other robots in the system.
체르노빌 원자력 발전소 사고에서의 예와 Bond와 Gasser이 제기한 문제점을 종합해 볼 때, 다수 로봇 시스템은 내고장성과 강인한 특징을 위해서 분산된 시스템이어야 하고, 확장성을 보장하는 통신 프로토콜과 협동 제어 구조를 갖추고 있어야 하며, 환경의 변화가 많은 곳에서 로봇이 동작하므로 적응성이 좋은 제어기를 갖추고 있어야 한다. 마지막으로 유연성, 적응성, 일관성을 위해서 로봇 간의 임무의 재분배를 할 수 있는 학습 기능을 갖춘 구조여야 한다. 그래서, 본 논문의 3장에서는 2차 비선형 함수의 특징인 Limit-cycle을 이용해서 기존의 potential field 방법의 단점을 극복한 Limit-cycle 항법을 제안했고 이를 통해 환경의 변화가 많은 곳에서 로봇이 장애물을 잘 회피하도록 했다. 4장에서는 분산 로봇 시스템에서 확장이 용이한 통신 프로토콜인 CSMA/R을 제안하고, 제안된 방법의 우수성을 보였다. 5장에서는 다수 로봇의 확장성, 신뢰성, 내고장성을 보장하는 학습 기능을 갖춘 협동 제어 구조인 SoCA (Scalability-oriented Control Architecture)를 제안했다. 실험은 제안한 방법들의 우수성을 보이기 위해 사용했으며, 폐기물이 있는 사각형의 방에서 여러 대의 로봇이 폐기물을 안전한 지역으로 옮기는 경우와 로봇 축구의 경우에 제안한 방법들이 우수하게 동작했음을 보였다.
