Sistemas robóticos cooperativos : Implementación de un Motor de ALLIANCE

Abstract

La coordinación de Sistemas Multi-Robot en entornos no estructurados presenta desafíos significativos. Los sistemas deben ser capaces de responder eficientemente a eventos no planificados y a cambios en la composición del equipo. Este proyecto de grado presenta el diseño, implementación y validación de un motor de control distribuido para la coordinación de equipos de robots, basado en los formalismos de la arquitectura Alliance. El desarrollo se centra en una solución reutilizable y modular construida sobre ROS 2 (Robot Operating System), utilizando el lenguaje Python. La solución propuesta implementa un mecanismo de asignación de tareas donde cada robot, al detectar una nueva tarea, instancia dinámicamente un conjunto de nodos de comportamiento dedicados. Este conjunto incluye un nodo “Motivacional” que, basado en los conceptos de impaciencia y comunicación entre agentes, regula la selección de tareas, y un nodo “Ejecutor” que gestiona la activación de comportamientos de bajo nivel mediante un árbitro. Esta arquitectura permite al sistema manejar misiones donde las tareas no se conocen de antemano. La implementación se validó empíricamente mediante tres conjuntos de experimentos que evaluaron métricas clave de rendimiento: Tasa de Finalización de Misión (Fratio), Tiempo Total de Misión (Tmision) y Tiempo Promedio de Resolución de Tarea (μ(Ttarea)). Las pruebas incluyeron: (1) escalabilidad horizontal, variando el número de agentes de 1 a 10; (2) escalabilidad vertical, incrementando la carga de 10 a 100 tareas; y (3) adaptabilidad dinámica, simulando fallos y adiciones de agentes durante la misión. Los resultados muestran una robustez total (Fratio = 100 %) incluso en el escenario de fallo. La escalabilidad horizontal mostró el beneficio de la paralelización hasta un punto de saturación (4 robots), donde el overhead de la creación de nodos y la coordinación de red superó las ganancias. La escalabilidad vertical exhibió un crecimiento lineal y predecible en Tmision, manteniendo un μ(Ttarea) estable, validando la eficiencia de la arquitectura bajo carga. Finalmente, las pruebas de adaptabilidad confirmaron la capacidad del sistema para degradarse controladamente ante fallos y absorber nuevos agentes dinámicamente, redistribuyendo la carga de trabajo con éxito. El trabajo valida la implementación como una solución eficaz y resiliente para la coordinación dinámica de robots en ROS 2.