本文为多代理系统的自动任务计划问题提供了解决方案。正式框架是基于具有$ \ epsilon $ - 过渡的非确定有限自动机开发满足系统约束和任务规范。最终的解决方案是完整且最佳的。此外，提出了一种启发式解决方案，可以大大减少计算要求，同时提出放松完整性和最佳要求。构造的系统模型独立于初始条件和任务规范，从而减轻了重复昂贵的预处理周期以解决其他方案的需求，同时允许在现有的失败模式中加入。提供了两个案例研究：一个简单的研究，以展示提出的方法的概念，并更详细地证明该方法的有效性和有效性。

This work considers the path planning problem for a team of identical robots evolving in a known environment. The robots should satisfy a global specification given as a Linear Temporal Logic (LTL) formula over a set of regions of interest. The proposed method exploits the advantages of Petri net models for the team of robots and B\"uchi automata modeling the specification. The approach in this paper consists in combining the two models into one, denoted Composed Petri net and use it to find a sequence of action movements for the mobile robots, providing collision free trajectories to fulfill the specification. The solution results from a set of Mixed Integer Linear Programming (MILP) problems. The main advantage of the proposed solution is the completeness of the algorithm, meaning that a solution is found when exists, this representing the key difference with our previous work in [1]. The simulations illustrate comparison results between current and previous approaches, focusing on the computational complexity.

本文迈出了一个全局线性时间逻辑规范的反应性，分层多机器人任务分配和计划框架的第一步。四倍体机器人和轮式机器人的功能都可以通过一个异质团队来完成各种导航和交付任务。但是，当部署在现实世界中时，所有机器人都可能容易受到不同类型的干扰，包括但不限于运动失败，人类干预和环境的障碍。为了解决这些干扰，我们建议任务级的本地和全局重新分配策略，以有效地在线生成更新的动作状态序列，同时保证完成原始任务的完成。这些任务重新分配方法消除了重建整个计划或重新合成新任务的方法。为了将任务计划者与低级输入集成，行为树执行层监视不同类型的干扰，并采用重新分配方法来制定相应的恢复策略。为了评估该计划框架，在现实的医院环境中进行了动态模拟，其异质机器人团队由四足动物和轮式机器人组成，用于交付任务。

在以并发方式解决团队范围的任务时，多机构系统可能非常有效。但是，如果没有正确的同步，则很难保证合并行为的正确性，例如遵循子任务的特定顺序或同时进行协作。这项工作解决了在复杂的全球任务下，将最低时间的任务计划问题称为线性时间逻辑（LTL）公式。这些任务包括独立本地动作和直接子团队合作的时间和空间要求。提出的解决方案是一种随时随地的算法，结合了对任务分解的基础任务自动机的部分顺序分析，以及用于任务分配的分支和绑定（BNB）搜索方法。提供最小的完成时间的合理性，完整性和最佳性分析。还表明，在搜索范围内持续在时间预算之内，可以迅速达成可行且近乎最佳的解决方案。此外，为了处理在线执行期间任务持续时间和代理失败的波动，提出了适应算法来同步执行状态并动态地重新分配未完成的子任务以保持正确性和最佳性。两种算法通过数值模拟和硬件实验在大规模系统上进行了严格的验证，该算法对几个强基地进行了验证。

本文在具有部分未知语义的环境中解决了多机器人规划问题。假设环境具有已知的几何结构（例如，墙壁），并且由具有不确定位置和类的静态标记的地标占用。这种建模方法引发了语义SLAM算法生成的不确定语义地图。我们的目标是为配备有嘈杂感知系统的机器人设计控制策略，以便他们可以完成全局时间逻辑规范捕获的协同任务。为了指定考虑环境和感知不确定性的任务，我们采用了线性时间逻辑（LTL）的片段，称为CO-Safe LTL，定义了基于感知的原子谓性建模概率满意度要求。基于感知的LTL规划问题产生了通过新型采样的算法解决的最佳控制问题，它产生了在线更新的开环控制策略，以适应连续学习的语义地图。我们提供广泛的实验，以证明拟议的规划架构的效率。

本文研究了运动和环境不确定性的最佳运动规划。通过将系统建模作为概率标记的马尔可夫决策过程（PL-MDP），控制目标是合成有限内存策略，在该策略下，该代理满足具有所需满足的线性时间逻辑（LTL）的高级复杂任务可能性。特别地，考虑了满足无限地平线任务的轨迹的成本优化，分析了降低预期平均成本和最大化任务满意度概率之间的权衡。而不是使用传统的Rabin Automata，LTL公式被转换为限制确定性的B \“UCHI自动机（LDBA），其具有更直接的接受条件和更紧凑的图形结构。这项工作的新颖性在于考虑案件LTL规范可能是不可行的，并且在PL-MDP和LDBA之间的轻松产品MDP的开发可能是不可行的和开发。放松的产品MDP允许代理在任务不完全可行的情况下进行修改其运动计划，并量化修订计划的违规测量。然后配制多目标优化问题，共同考虑任务满意度的概率，违反原始任务限制的违规以及策略执行的实施成本，通过耦合的线性计划解决。据最好我们的知识，它是第一个弥合规划修订版和计划前缀和计划的最佳控制合成之间的差距的工作在无限地平线上修复代理轨迹。提供实验结果以证明所提出的框架的有效性。

基于联系的决策和规划方法越来越重要，无法为腿机器人提供更高的自主性。源自符号系统的正式合成方法具有巨大的推理潜力，了解高级机器决策，并以正确的担保实现复杂的机动行动。本研究迈出了一种正式设计由受约束和动态变化环境中的任务规划和控制全身动态运动行为的架构组成的架构。在高级别，我们在多肢运动策划器和其动态环境之间制定了两个玩家时间逻辑游戏，以综合提供符号机置操作的获胜策略。这些运动动作满足时间逻辑片段中的所需高级任务规范。这些操作被发送到强大的有限转换系统，该过渡系统合成了满足状态可达性限制的运动控制器。该控制器进一步通过低级运动规划器执行，所述低级运动计划产生可行的机器人轨迹。我们构建一组动态运动模型，可用于腿机器人，作为用于处理各种环境事件的模板库。我们设计了一种重新调整策略，考虑到突然的环境变化或大状态干扰，以增加所产生的机器行为的鲁棒性。我们正式证明分层运动框架的正确性，保证了运动规划层的强大实现。在各种环境中的反应运动行为模拟表明我们的框架具有潜在的智能机置行为的理论基础。

在本文中，我们介绍了一个高级控制器合成框架，该框架使异构代理团队能够相互协助解决运行时出现的环境冲突。这种冲突解决方法是基于基于时间逻辑的反应性综合，以确保在特定环境假设下的安全性和任务完成。在异质的多机构系统中，每个代理都有望完成自己的任务，以服务全球团队的目标。但是，在运行时，代理商可能会遇到未建模的障碍物（例如门或墙壁），以阻止其完成自己的任务。为了解决这个问题，我们利用其他异质代理解决障碍的能力。提出了一个控制器框架，以在检测到这种情况时将适当的障碍物解决到所需目标的能力重定向。一组涉及双足机器人数字和四轮驱动器的案例研究用于评估行动中的控制器性能。此外，我们在物理多代理机器人系统上实施了拟议的框架，以证明其对现实世界应用的生存能力。

行为树（BT）是一种在自主代理中（例如机器人或计算机游戏中的虚拟实体）之间在不同任务之间进行切换的方法。 BT是创建模块化和反应性的复杂系统的一种非常有效的方法。这些属性在许多应用中至关重要，这导致BT从计算机游戏编程到AI和机器人技术的许多分支。在本书中，我们将首先对BTS进行介绍，然后我们描述BTS与早期切换结构的关系，并且在许多情况下如何概括。然后，这些想法被用作一套高效且易于使用的设计原理的基础。安全性，鲁棒性和效率等属性对于自主系统很重要，我们描述了一套使用BTS的状态空间描述正式分析这些系统的工具。借助新的分析工具，我们可以对BTS如何推广早期方法的形式形式化。我们还显示了BTS在自动化计划和机器学习中的使用。最后，我们描述了一组扩展的工具，以捕获随机BT的行为，其中动作的结果由概率描述。这些工具可以计算成功概率和完成时间。

在动态和远程环境中，对自主系统的高级自治和鲁棒性的需求促使开发人员提出了新的软件体系结构。一种常见的架构样式是将机器人系统的功能总结为基本动作（称为技能）的功能，在该动作上，在该动作中实施了技能管理层以结构，测试和控制功能层。但是，当前可用的验证工具仅在不复制系统实际执行的模型上提供特定于任务的验证或验证，这使得难以确保其对意外事件的鲁棒性。为此，已经开发出一种工具，即Skinet，以将系统的基于技能的架构转换为Petri网络，以建模技能和资源的状态机器行为。 Petri NET允许使用模型检查，例如线性时间逻辑（LTL）或计算树逻辑（CTL），以供用户分析和验证系统的模型。

在本文中，我们考虑在具有多个半自治机器人的系统中分配人类运营商的问题。每个机器人都需要执行独立的任务序列，经历了一次失败并在每个任务时陷入故障状态的可能性。如果需要，人类运营商可以帮助或漫游机器人。传统的MDP技术用于解决这些问题的面临可扩展性问题，因为具有机器人和运营商的数量的状态和行动空间的指数增长。在本文中，我们推出了操作员分配问题可转向的条件，从而实现了削弱指数启发式的使用。可以容易地检查条件以验证可索引性，我们表明他们持有广泛的兴趣问题。我们的主要洞察力是利用各个机器人的价值函数的结构，从而导致可以针对每个机器人的每个状态分开验证的条件。我们将这些条件应用于远程机器人监控系统中常见的两种转换。通过数值模拟，我们展示了削减指数政策作为近乎最佳和可扩展方法的功效，以实现现有的可扩展方法。

具有高级别规格的自治系统的运动规划具有广泛的应用。然而，涉及定时时间逻辑的正式语言的研究仍在调查中。此外，许多现有结果依赖于用户指定的任务在给定环境中可行的关键假设。当操作环境是动态和未知的挑战时，由于环境可以找到禁止，导致预先定时定时任务无法完全满足潜在冲突的任务。在考虑时间束缚要求时，这些问题变得更具挑战性。为了解决这些挑战，这项工作提出了一种控制框架，其考虑了强制限制来强制执行安全要求和软限制，以启用任务放松。使用度量间隔时间逻辑（MITL）规范来处理时间限制约束。通过构建轻松的定时产品自动机，在线运动规划策略与后退地平线控制器合成以产生政策，以减少优先顺序的降低方式实现多重目标1）正式保证了对硬安全限制的满足感; 2）主要满足软定时任务; 3）尽可能收集时变奖励。放松结构的另一个新颖性是考虑违反时间和任务的不可行情况。提供仿真结果以验证所提出的方法。

在异构机器人网络上进行计算负载共享是一个有希望的方法，可以将机器人能力和效率作为极端环境中的团队提高。然而，在这种环境中，通信链路可以是间歇性的，并且与云或因特网的连接可能是不存在的。在本文中，我们介绍了用于多机器人系统的通信感知，计算任务调度问题，并提出了整数线性程序（ILP），该程序（ILP）优化了异构机器人网络中的计算任务分配，占网络机器人的计算能力对于可用（和可能的时变）通信链接。我们考虑调度由依赖关系图建模的一组相互依赖的必需任务和可选任务。我们为共享世界，分布式系统提供了一项备份的调度架构。我们验证了ILP制定和不同计算平台中的分布式实现，并在模拟场景中，偏向于月球或行星探索方案。我们的研究结果表明，与没有计算负载共享的类似系统相比，所提出的实施方式可以优化提高时间表以允许三倍增加所执行的奖励任务的数量（例如，科学测量）。

本研究提出了一种具有动态障碍物和不均匀地形的部分可观察环境中的BipeDal运动的安全任务和运动计划（夯实）的分层综合框架。高级任务规划师采用线性时间逻辑（LTL），用于机器人及其环境之间的反应游戏合成，并为导航安全和任务完成提供正式保证。为了解决环境部分可观察性，在高级导航计划者采用信仰抽象，以估计动态障碍的位置。因此，合成的动作规划器向中级运动规划器发送一组运动动作，同时基于运动过程的阶数模型（ROM）结合从安全定理提取的安全机置规范。运动计划程序采用ROM设计安全标准和采样算法，以生成准确跟踪高级动作的非周期性运动计划。为了解决外部扰动，本研究还调查了关键帧运动状态的安全顺序组成，通过可达性分析实现了对外部扰动的强大转变。最终插值一组基于ROM的超参数，以设计由轨迹优化生成的全身运动机器，并验证基于ROM的可行部署，以敏捷机器人设计的20多个自由的Cassie机器人。

复杂的多目标任务需要在多个相互连接的级别（例如联盟形成，调度和运动计划）上协调异质机器人。动态变化（例如传感器和执行器故障，通信损失和意外延迟）加剧了这一挑战。我们将动态迭代任务分配图搜索（D-ITAGS）介绍到\ textit {同时}地址在涉及异构团队的动态设置中，地址为联盟组建，调度和运动计划。 D-Itag通过两个关键特征实现弹性：i）交错执行，ii）有针对性的维修。 \ textIt {交错执行}可以在每一层进行有效搜索解决方案，同时避免与其他层不兼容。 \ textIt {目标修复}识别并修复了现有解决方案的一部分，该解决方案在保存其余部分的同时受到给定破坏的影响。除了算法贡献外，我们还提供理论上的见解，以了解这些设置中时间和资源最优性之间固有的权衡，并在计划次级临时性上得出有意义的界限。我们的实验表明，在动态设置中，i）d-itag的速度明显比从头开始的重新计算要快得多，而溶液质量几乎没有损失，ii）理论次优界在实践中始终保持。

生产公司在快速调整其生产控制到波动需求或不断变化的要求时面临问题。旨在在服务意义上封装生产功能的控制方法已经令人前途，以提高网络物理生产系统的灵活性。但是，这种方法的现有挑战是根据一套要求的提供功能来寻找生产计划，特别是当要求和提供的职能之间没有直接（即句法）匹配时。在这种情况下，它可以变得复杂，以找到可以安排到满足需求的计划中的那些功能。虽然生产规划有各种不同的方法，但灵活的生产造成了现有研究未涵盖的特定要求。在这一贡献中，我们首先捕获了灵活生产环境的这些要求。之后，给出了可以利用的当前人工智能方法来概述，以克服上述挑战。讨论符号AI规划以及基于机器学习的方法的方法，并最终与要求进行比较。根据这种比较，得到了研究议程。

In this paper, we investigate the optimal robot path planning problem for high-level specifications described by co-safe linear temporal logic (LTL) formulae. We consider the scenario where the map geometry of the workspace is partially-known. Specifically, we assume that there are some unknown regions, for which the robot does not know their successor regions a priori unless it reaches these regions physically. In contrast to the standard game-based approach that optimizes the worst-case cost, in the paper, we propose to use regret as a new metric for planning in such a partially-known environment. The regret of a plan under a fixed but unknown environment is the difference between the actual cost incurred and the best-response cost the robot could have achieved if it realizes the actual environment with hindsight. We provide an effective algorithm for finding an optimal plan that satisfies the LTL specification while minimizing its regret. A case study on firefighting robots is provided to illustrate the proposed framework. We argue that the new metric is more suitable for the scenario of partially-known environment since it captures the trade-off between the actual cost spent and the potential benefit one may obtain for exploring an unknown region.

假设代理人断言它将以某种方式通过环境。当代理执行其动作时，如何验证索赔？问题出现在一系列上下文中，包括验证有关机器人行为的安全声明，安全性和监视的应用以及科学实验的概念和（物理）设计和物流。给定一套可行的传感器来选择，我们询问如何最佳选择传感器，以确保代理的执行确实适合其预先披露的行程。我们的治疗与两个方面的传感器选择的先前工作区别为：行程所采取的（经常转型语言）以及传感器选择的家庭可以作为单一选择进行分组。两者都密切相关，允许建造产品自动机，因为相同的物理传感器（即相同的选择）可以多次出现。本文建立了该处理内的传感器选择的硬度，并提出了一种基于ILP制剂的精确算法，该算法能够解决中等大小的问题实例。我们展示了对小规模案例研究的疗效，包括野生动物追踪的动机。

在多代理路径查找（MAPF）问题中，一组在图表上移动的代理必须达到其自身各自的目的地，而无需间间冲突。在实用的MAPF应用中，如自动仓库导航，偶尔有数百个或更多代理商，MAPF必须在终身基础上迭代地解决。这种情景排除了离线计算密集型最佳方法的简单调整;因此，可扩展的子最优算法用于此类设置。理想的可扩展算法适用于可预测计算时间的迭代方案和输出合理的解决方案。对于上述目的，在本研究中，提出了一种具有回溯（PIBT）的优先级继承的新型算法以迭代地解决MAPF。 PIBT依赖于适应性优先级方案，专注于多个代理的相邻运动;因此它可以应用于若干域。我们证明，无论其数量如何，当环境是图形时，所有代理都保证在有限的时间内达到目的地，使得所有相邻节点属于一个简单的周期（例如，双绞线）。实验结果涵盖了各种场景，包括真正的机器人演示，揭示了所提出的方法的好处。即使用数百种代理商，PIBT也会立即产生可接受的解决方案，可以解决其他事实上MAPF方法的大型情况。此外，PIBT在运行时和解决方案质量的自动化仓库中的传送包中的迭代方案上占据了现有方法。

我们展示了一个端到端框架，以提高人造系统对不可预见的事件的弹性。该框架基于基于物理的数字双胞胎模型和三个负责实时故障诊断，预后和重新配置的模块。故障诊断模块使用基于模型的诊断算法来检测和分离断层，并在系统中产生干预措施，以消除不确定的诊断解决方案。我们通过使用基于物理学的数字双胞胎的平行化和替代模型来扩展故障诊断算法为所需的实时性能。预后模块跟踪故障进度，并训练在线退化模型，以计算系统组件的剩余使用寿命。此外，我们使用降解模型来评估断层进程对操作要求的影响。重新配置模块使用基于PDDL的计划，并带有语义附件来调整系统控件，从而最大程度地减少了对系统操作的故障影响。我们定义一个弹性度量，并以燃料系统模型的示例来说明该指标如何通过我们的框架改进。