Design of a Health Monitoring System for a Planetary Exploration Rover

要約

一般に、信頼できる自律型惑星探査ローバーは、その環境内で安全かつ効果的に動作できなければならないと考えられている。信頼できる運用の中心は、ローバーがその運用中に異常な挙動を認識し、診断する能力である。故障した挙動を診断できなければ、性能の低下や予定外の運用停止につながる可能性がある。この研究では、惑星探査ローバーの故障検出システムの能力を向上させるために使用できる健全性監視方法を調査する。ローバーの性能劣化の指標として、「ローバー・バイタル」と名付けられた4つのメトリクス群を評価する。これらのバイタルを組み合わせることで、ローバーの「健全性」を総合的に評価する。故障した実システムの挙動を故障していないオブザーバと比較することで、ヘディングと速度という2つのハイレベルなメトリクスから残差が生成される。適応的な閾値が残差に適用され、欠陥のある振る舞いの検出を可能にする。適応的な閾値は、ローバーが認識している健康状態によって知らされる。MATLABで実施されたシミュレーション実験により、提案された健康モニタリングと故障検出の方法論は、ローバーのセンサーとアクチュエータの両方において高リスクの故障を検出できることが示された。

要約(オリジナル)

It is generally considered that a trustworthy autonomous planetary exploration rover must be able to operate safely and effectively within its environment. Central to trustworthy operation is the ability for the rover to recognise and diagnose abnormal behaviours during its operation. Failure to diagnose faulty behaviour could lead to degraded performance or an unplanned halt in operation. This work investigates a health monitoring method that can be used to improve the capabilities of a fault detection system for a planetary exploration rover. A suite of four metrics, named ‘rover vitals’, are evaluated as indicators of degradation in the rover’s performance. These vitals are combined to give an overall estimate of the rover’s ‘health’. By comparing the behaviour of a faulty real system with a non-faulty observer, residuals are generated in terms of two high-level metrics: heading and velocity. Adaptive thresholds are applied to the residuals to enable the detection of faulty behaviour, where the adaptive thresholds are informed by the rover’s perceived health. Simulation experiments carried out in MATLAB showed that the proposed health monitoring and fault detection methodology can detect high-risk faults in both the sensors and actuators of the rover.

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