Space activities have been increasing dramatically in the past decades. As a result, the number of space debris has also increased significantly. Therefore, it is necessary to clean up and remove them to prevent a collision between space debris and spacecraft. In this thesis, we focus on load transportation using tethers, which connect multiple robots and loads together with lightweight cables. We propose a generalized framework to model and calculate the interaction force for the tethered multi-robot system. Then, we develop centralized and decentralized non-linear Model Predictive Control (MPC) controllers to complete a transportation task. Two simulators, a numerical and physical simulator, are presented and used to evaluate the performance of the controllers. The numerical simulator is used to verify the proposed model and evaluate the controllers for the ideal case. The physical simulator is then used to validate the performance of both centralized and decentralized controllers in real-time settings. Finally, we demonstrate how the proposed controllers perform in two and three-dimensional experiments. / Rymdaktiviteter har ökat dramatiskt under de senaste årtiondena. Som en följd av detta har mängden rymdskräp också ökat avsevärt. Därför är det nödvändigt att rensa upp och avlägsna detta skräp för att förhindra kollisioner mellan rymdskräp och rymdfarkoster. I denna rapport fokuserar vi på transporter av rymdobjekt som är sammanbundna via en lätt kabel. Vi föreslår en allmän metod för att modellera och beräkna interaktionskraften för det förenade multirobotsystemet. Sedan utvecklar vi centraliserad och decentraliserad icke-linjär modell-prediktiv reglering, MPC (eng. Model Predictive Control), för att uppnå transportuppgiften. Två simulatorer, en numerisk och en fysisk simulator, presenteras och används för att utvärdera styrsystemets prestanda. Den numeriska simuleringen används för att verifiera den föreslagna modellen och utforma styrsystemet för det idealiska fallet. Den fysiska simuleringen används sedan för att validera prestandan för både det centraliserade och decentraliserade styrsystem i realtid. Slutligen demonstrerar vi hur de föreslagna styrsystemen utför sig i tre- respektive två-dimensionella experiment.

Autonomous multi-robot systems have found many real-world applications in factory settings, rescue tasks and light shows. Albeit these successful applications, the multi-robot system is usually pre-programmed with limited flexibility for online adaptation. Having a human-in-the-loop feature would provide additional flexibility such as handling unexpected situations, detecting and correcting bad behaviours and supporting the automated decision making. In addition, it would also allow for an extra level of cooperation between the robots and the human that facilitates certain real-world tasks, for example in the agricultural sector. Control barrier functions (CBFs), as a convenient modular-design tool, will be mainly explored. CBFs have seen a lot of development in recent years and extending them to the field of multi-robot systems is still new. In particular, creating an original distributed approach, instead of a centralized one, will be one of the key topics of this Master’s thesis project. In this thesis work, several multi-robot coordination protocols and safety constraints will be identified and these constraints will be enforced using a control barrier function-enabled mixer module. This module will take in the commands from both the planner and the human operator, prioritizing the commands from the human operator as long as the safety constraints are not violated. Otherwise, the mixer module will filter the commands and send out a safe alternative. The underlying multi-robot tasks are expected to be achieved whenever feasible. Simulations in ROS, Python and MATLAB environments are developed to experimentally assess the safety and optimality of the system, and experiments with real robots in a lab are performed to show the applicability of this algorithm. Finally, a distributed approach to the mixer module has been developed, based on previous research and extended to allow for more versatility. This is of key importance since it would allow each robot to compute its own controller based on local information, making the multi-robot system both more robust and flexible to be deployed on real-world applications. / Autonoma multirobotsystem har fått många verkliga tillämpningar i fabriksmiljöer, räddningsuppdrag och ljusshower. Trots dessa framgångsrika tillämpningar är multirobotsystemet vanligtvis förprogrammerat med begränsad flexibilitet för anpassning online. En människa i loopen skulle ge ytterligare flexibilitet, t.ex. när det gäller att hantera oväntade situationer, upptäcka och korrigera dåliga beteenden och stödja det automatiska beslutsfattandet. Dessutom skulle det också möjliggöra en extra samarbetsnivå mellan robotarna och människan som underlättar vissa verkliga uppgifter, till exempel inom jordbrukssektorn. Kontrollbarriärfunktioner (CBF), som ett bekvämt verktyg för modulbaserad utformning, kommer huvudsakligen att undersökas. CBF:er har utvecklats mycket under de senaste åren och det är fortfarande nytt att utvidga dem till flerrobotsystem. Att skapa ett originellt distribuerat tillvägagångssätt i stället för ett centraliserat kommer att vara ett av de viktigaste ämnena i detta examensarbete. I detta examensarbete kommer flera samordningsprotokoll och säkerhetsbegränsningar för flera robotar att identifieras och dessa begränsningar kommer att upprätthållas med hjälp av en mixermodul med kontrollbarriärfunktion. Denna modul kommer att ta emot kommandon från både planeraren och den mänskliga operatören och prioritera kommandon från den mänskliga operatören så länge säkerhetsbegränsningarna inte överträds. I annat fall kommer mixermodulen att filtrera kommandona och skicka ut ett säkert alternativ. De underliggande multirobotuppgifterna förväntas uppnås närhelst det är möjligt. Simuleringar i ROS-, Python- och MATLAB-miljöerna utvecklas för att experimentellt bedöma systemets säkerhet och optimalitet, och experiment med riktiga robotar i ett labb utförs för att visa algoritmens tillämpbarhet. Slutligen har ett distribuerat tillvägagångssätt för mixermodulen utvecklats, baserat på tidigare forskning och utökat för att möjliggöra större mångsidighet. Detta är av central betydelse eftersom det skulle göra det möjligt för varje robot att beräkna sin egen styrning utifrån lokal information, vilket gör systemet med flera robotar både mer robust och flexibelt för att kunna användas i verkliga tillämpningar.