Energy-Aware Coverage Planning and Scheduling for Autonomous Aerial Robots

Arbejdet i denne afhandling sigter mod at udlede kombinationen af en energioptimal rute og en strømbesparende eksekveringsplan for en aerorobot (drone), hvis flyvning skal foretages indenfor
et fast energibudget. Der findes allerede teknikker til bevægelsesplanlægning for mobile robotter samt teknikker til planlægningen af beregninger udført på computerhardware båret af sådanne robotter, men interaktionen mellem disse to aspekter er stort set uudforsket. Det ses dog ud fra den tilgængelige litteratur, at der findes bestemte typer af mobile robotter, for hvilke det ville være fordelagtigt at kunne foretage en afvejning mellem ressourceforbruget ved henholdsvis bevægelse og beregning, i relation til kvaliteten af det arbejde som robotten udfører.


Aerorobotter er i særligt grad påvirket af behovet for energibesparelse. Det kan være nødvendigt at lande og genoplade batteriet i tilfælde af et uforudset højt strømforbrug. Denne afhandling fokuserer på aerorobotter. Der udledes planlægningsteknikker til energifølsom styring af
aerorobottens bevægelser og beregninger vha. optimal kontrol, regressionsanalyse og differentiel periodisk energimodellering. Forudsigelse af beregningernes fremtidige energiforbrug foretages via et automatisk profilerings- og modelleringsværktøj, som modellerer det overordnede energiforbrug, gennemsnitseffekt samt batteriafladningen som funktion af robottens softwarenkonfiguration. Arbejdet demonstreres ved planlægningen af en rute, som dækker et geografisk område,
og er tiltænkt anvendelse indenfor præcisionslandbrug. En fastvinget aerorobot flyver over en landbrugsmark, gør opmærksom på farer, og kommunikerer disse til andre jordbaserede aktører. Aerorobottens dækning af området beskrives via vektorfelter, og den overordnede tilgang til
problemets løsning udgøres af en algoritme, der inkorporerer batteri-, bevægelses- og beregningsenergimodellering sammen med gradientnedstigning og optimal kontrol.



Den kombinerede tilgang til planlægning af rute og beregninger viser forbedret ydeevne, der hjælper til at afbøde effekten af usikkerhed i missioner udført med batteridrevne aerorobotter.
Dette ses i forhold til den traditionelle løsning med en aerorobot, der ikke kan omplanlægge, og derfor foretager fuld dækning af området, hvilket kan resultere i en nødlanding i tilfælde af
uforudsete hændelser såsom et delvist defekt batteri. Selvom tilgangen er specifik til aerorobotter kan den generaliseres. Energimodellerne for beregninger og batteriforbrug kan anvendes på forskellige domæner. Den differentielle periodiske energimodel og den overordnede tilgang til planlægning kan benyttes på tværs af mange forskellige anvendelsesområder indenfor autonome
mobile robotter.