Academic literature on the topic 'Coordenação de robôs moveis'

Para ter uma aplicação real, um robô móvel deve poder desempenhar sua tarefa em ambientes desconhecidos. Uma arquitetura para robôs móveis que se adapte ao meio em que o robô se encontra é então desejável. Este trabalho apresenta uma arquitetura adaptativa para robôs móveis, de nome AAREACT, que aprende como coordenar comportamentos primitivos codificados por Campos Potenciais através de Aprendizado por Reforço. A atuação da arquitetura proposta, após uma fase de aprendizado inicial, é comparada com a apresentada por uma arquitetura com coordenação fixa dos comportamentos, demonstrando melhor desempenho para diversos ambientes. Os experimentos foram realizados no simulador do robô Pioneer, da ActivMedia Robotics®. Os resultados experimentais obtidos neste trabalho apontam também a alta capacidade de adaptação da arquitetura AAREACT para um ambiente e tarefa especificos.

Este artigo trata de controle robusto e controle tolerante a falhas de movimentos coordenados de robôs móveis com rodas. O controle robusto é baseado em controle H∞ não linear por realimentação da saída. O controle tolerante a falhas é baseado em controle H∞ por realimentação da saída de sistemas lineares sujeitos a saltos Markovianos para garantir estabilidade da formação quando um dos robôs é perdido durante o movimento coordenado. A coordenação é realizada em função de um lider e qualquer robô da formação pode assumir a liderança de maneira aleatória. Os robôs móveis trocam informações de acordo com um grafo de comunicação direcionado (dígrafo), definido a-priori.

Este artigo apresenta uma solução para o problema de coordenação dos atuadores das pernas de robôs móveis com o objetivo principal de maximizar a sua velocidade frontal. É assumido que a posição no tempo de cada atuador é descrita por uma função periódica que deve ser determinada de forma iterativa por um algoritmo de aprendizado por reforço. As pernas similares do robô são identificadas e agrupadas visando diminuir o número de funções que precisam ser determinadas. O toolbox SimMechanics do software MATLAB/Simulink é usado para simular o caminhar do robô em uma superfície plana. O desempenho do robô simulado é medido considerando: a) a velocidade frontal e a suavidade na locomoção do robô, e b) o máximo torque e o consumo de energia dos atuadores. As funções que foram determinadas no ambiente de simulação pelo algoritmo de reforço são então usadas nos atuadores do robô real construído usando o kit de robótica educacional Bioloid Comprehensive Kit. O desempenho do robô real é então medido e comparado com o desempenho do robô simulado. Este artigo apresenta dois estudos de caso: um robô quadrúpede e um trípode. Nos dois casos os robôs possuem três atuadores por perna. As soluções obtidas pela aplicação do método proposto são apresentadas e se mostraram satisfatórias.

Orientador : Luiz Marcos Garcia Gonçalves
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação
Made available in DSpace on 2018-08-03T22:40:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tavares_DouglasMachado_M.pdf: 3026188 bytes, checksum: 414a7299cbe04984e95ec0ae0ab846f4 (MD5) Previous issue date: 2004
Resumo: Robôs móveis autônomos são plataformas com poder de processamento embarcado, capazes de tomar decisões de forma independente frente a situações diversas impostas pelo ambiente sobre o qual operam. Têm sido muito usados em pesquisa e ensino, permitindo o desenvolvimento de aplicativos, experimentos e aprimoramento de conhecimentos. Programar um robô para que ele haja de forma autônoma, geralmente envolve a definição de estados de predicado, a partir dos quais ele possa inferir alguma ação dentro das suas possibilidades e limitações, que responda de melhor forma à situação que o ambiente lhe proporcionou. O desenvolvimento de ferramentas para comunicação, controle e navegação (esta, incluindo posicionamento, orientação e deslocamentos no ambiente), torna-se essencial para que um robô possa realizar, de forma autônoma, missões em ambientes adversos, geralmente hostis, onde mobilidade seja uma necessidade inerente. Neste contexto, o presente trabalho discute e propõe ferramentas computacionais para robôs móveis autônomos, que podem ser utilizadas, principalmente, no contexto multi-robôs, incluindo detalhes das implementações e uma série de experimentos e testes. São apresentados os conceitos e a arquitetura da plataforma LEGO, ressaltando suas potencialidades e problemas, bem como uma análise detalhada de alguns de seus compiladores e outros softwares. Foi desenvolvido um protocolo de controle (ou de comandos), ou seja, uma ferramenta que permita que programas escritos em linguagem 'C' (executando em um PC), possam escrever nas saídas e ler as entradas de uma unidade de controle localizada no robô. É apresentado um estudo e análise do tempo de comunicação do referido protocolo de comandos. Foi desenvolvida uma ferramenta para determinação da localização atual do robô, composta por odometria e por um sistema de localização visual. Esta ferramenta usa medidas esparsas da localização absoluta dadas pelo sistema de localização visual, para corrigir o sistema de odometria do robô. Finalmente, foi implementada e testada uma segunda ferramenta de localização, a qual utiliza-se somente de um sistema de localização visual baseado em marcos. Como principais contribuições deste trabalho, podem ser citadas essas ferramentas desenvolvidas, os conhecimentos adquiridos e disponibilizados à comunidade, a partir das pesquisas realizadas no intuito de formalizar conceitos e metodologias para a linha LEGO de mini-robôs. Os conhecimentos, bem como as ferramentas estão sendo essenciais à realização de vários trabalhos e aplicações, tendo gerado publicações em eventos nacionais e internacionais de qualidade, além de uma publicação em revista nacional sobre o potencial e limitações da plataforma usada para os desenvolvimentos
Abstract: Autonomous mobile robots are hardware platforms with embedded processing power, which are able to take decisions, independently, in front of several situations imposed by the environment where they operate. They have been most used in research and education, allowing the development of applications, experiments and improvement of knowledge. Programming a robot to act in autonomous way generally involves the definition of predicate states, from which it can infer some action, regarding its possibilities and limitations, in order to give the best answer to the situation imposed by its environment. The development of tools for communication, control and navigation, the last inc1uding positioning, orientation and movements in the environment, becomes essential for a robot to realize missions in autonomous way in adverse environments, generally hostile, where mobility is an inherent necessity. In this context, the present work discusses and proposes computational tools for autonomous mobile robots, that can be used mainly in the context of multi-robots, inc1uding details of the implementations, experiments and tests. The concepts and the architecture of LEGO platform are presented standing out its potentialities and problems as well as a detailed analysis of some of its compilers and others softwares. A control (or commands) protocol was developed. That is, a tool that allows programs written in 'C' language running in a PC to write in the outputs and to read from the inputs of a control unit located in the robot. It is presented a study and analysis of the communication time of this commands protocol. A tool for determination of the actual localization of the robot was also developed, composed of odometry and of a visual localization system. This tool uses sparse measurements of the absolute localization given by the visual system to correct the odometry system of the robot. Finally, it was implemented and tested a second tool for localization, which uses a visual localization system based on landmarks. As main contributions of this work, we cite these developed tools and the knowledge acquired and made available to the community through the research carried with intention to formalize the concepts and methodologies of LEGO line mini-robots. The knowledge as well as the tools are being essential in the development of some works and applications, having generated publications in national and international events, besides a publication in a national magazine about the potential and limitations of the platform used for the developments
Mestrado
Mestre em Ciência da Computação

Coordenação de robôs móveis é um tópico importante de pesquisa dado que existem tarefas que podem ser desenvolvidas de forma mais eficiente e com menor custo por um grupo de robôs do que por um só robô. Nesta dissertação é apresentado um estudo sobre coordenação de robôs móveis para o problema de navegação em ambientes externos. Para isso, foi desenvolvido um sistema de localização utilizando os dados de odometria e do receptor GPS, e um sistema de desvio de obstáculos para planejar a trajetória livre de obstáculos. Os movimentos coordenados foram realizados em função de um líder e qualquer robô da formação pode assumir a liderança. A liderança é assumida pelo robô que ultrapassar a distância mínima a um obstáculo. Movimentos estáveis são gerados através de uma lei de controle descentralizada baseada nas coordenadas dos robôs. Para garantir a estabilidade da formação quando há alternância de líder ou remoção de robôs, foi feito controle tolerante a falhas para um grupo de robôs móveis. O controle tolerante a falhas é baseado em controle H \'INFINITO\' por realimentação da saída de sistemas lineares sujeitos a saltos Markovianos para garantir a estabilidade da formação quando um dos robôs é perdido durante o movimento coordenado. Os resultados do sistema de localização mostram que o uso de filtro robusto para a fusão de dados produz uma melhor estimativa da posição do robô móvel. Os resultados também mostram que o sistema de desvio de obstáculos é capaz de gerar uma trajetória livre de obstáculos em ambientes desconhecidos. E por fim, os resultados do sistema de coordenação mostram que o grupo de robôs mantém a formação desejada percorrendo a trajetória de referência na presença de distúrbios ou quando um robô sai da formação.
Coordination of mobile robots is an important topic of research because there are tasks that may be too difficult for a single robot to perform alone, these tasks can be performed more efficiently and cheaply by a group of mobile robots. This dissertation presents a study on the coordination of mobile robots to the problem of navigation in outdoor environments. To solve this problem, a localization system using data from odometry and GPS receiver, and an obstacle avoidance system to plan the collision-free trajectory, were developed. The coordinated motions are performed by the robots that follow a leader, and any robot of the formation can assume the leadership. The leadership is assumed by a robot when it exceeds the threshold distance to an obstacle. Stable motions are generated by a decentralized control law based on the robots coordinates. To ensure the stability formation when there is alternation of leader or one of the robots is removed, we made a fault tolerant control for a group of mobile robots. The fault tolerant approach is based on output feedback H \'INFINITE\' control of Markovian jump linear systems to ensure stability of the formation when one of the robots is lost during the coordinated motion. The results of the localization system show that the use of robust filter for data fusion produces a better estimation of the mobile robots position. The results also show that the obstacle avoidance system is capable of generating a path free from obstacles in unknown environments. Finally, the results of the coordination system show that the group of robots maintain the desired formation along the reference trajectory in the presence of disturbance or removal of one of them.

Submitted by LIVIA FREITAS (livia.freitas@ufba.br) on 2015-12-03T12:47:44Z No. of bitstreams: 1 Thesis.pdf: 4410121 bytes, checksum: c138779a2ecf75483d580ede40f2ea01 (MD5)
Approved for entry into archive by LIVIA FREITAS (livia.freitas@ufba.br) on 2016-01-15T18:24:59Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Thesis.pdf: 4410121 bytes, checksum: c138779a2ecf75483d580ede40f2ea01 (MD5)
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Este trabalho propõe um estudo de modelos estáticos de atrito e as suas ausências nos modelos de robôs moveis com rodas omnidirecionais em diferentes condições de opera c~ao. Ser a proposto um modelo para robôs m oveis com rodas omnidirecionais que inclui a descri c~ao de atritos estaticos na composição das forças do centro de massa do robô. Alem da modelagem, s~ao propostos métodos práticos de estimação para obter os coecientes de atrito de Coulomb, Viscoso, Stiction e o efeito de Stribeck utilizando informações sensoriais de força e velocidade do centro de massa do robô. Na pesquisa, foram utilizados robôs m oveis de diferentes tamanho de rodas assim como ambientes de navegação distintos. Dois modelos estáticos de atrito serão testados no modelo dinâmico do robô. O primeiro modelo considera as forcas de atrito de Coulomb e de atrito Viscoso. O segundo modelo considera as forcas de atrito de Coulomb, o Viscoso, o Stiction e o efeito Stribeck. Resultados experimentais com o robô e de simulação com o modelo proposto são comparados para demonstrar o desempenho da abordagem apresentada.

O contínuo aumento da complexidade no controle de sistemas robóticos, bem como a aplicação de grupos de robôs auxiliando ou substituindo seres humanos em atividades críticas tem gerado uma importante demanda por soluções mais robustas, flexíveis, e eficientes. O desenvolvimento convencional de algoritmos especializados, constituídos de sistemas baseados em regras e de autômatos usados para coordenar estes conjuntos físicos em um ambiente dinâmico é um desafio extremamente complexo. Diversos modelos de desenvolvimento existem, entretanto, muitos desafios da área da robótica móvel autônoma continuam em aberto. Esta tese se insere no contexto da busca por soluções inteligentes a serem aplicadas em robôs móveis autônomos com o objetivo de permitir a operação destes em ambientes dinâmicos. Buscamos, com a investigação e aplicação de estratégias inteligentes por meio de aprendizado de máquina no funcionamento dos robôs, a proposta de soluções originais que permitam uma nova visão sobre a operação de robôs móveis em três dos desafios da área da robótica móvel autônoma, que são: localização, navegação e operações com grupos de robôs. As pesquisas sobre localização e coordenação de grupos apresentam investigação e propostas originais, buscando estender o estado da arte, onde apresentam resultados inovadores. A parte sobre navegação tem como objetivo principal ser um elo entre os conceitos de localização e coordenação de grupos, sendo o foco o desenvolvimento de um veículo autônomo com maior implicação em avanços técnicos. Relacionado com a coordenação de grupos de robôs, fizemos a escolha de trabalhar sobre uma aplicação modelada como o problema de combate a incêndios florestais. Buscamos desenvolver um ambiente de simulação realístico, onde foram avaliadas quatro técnicas para busca de iii estratégias de formação do grupo: Algoritmos Genéticos, Otimização por Enxame de Partículas, Hill Climbing e (iv) Simulated Annealing. Com base nas diversas avaliações realizadas pudemos mostrar quais das técnicas e conjuntos de parâmetros permitem a obtenção de resultados mais acurados que os demais. Além disso, mostramos como uma heurística baseada em populações anteriores pode auxiliar na tolerância a falhas da operação. Relacionado com a tarefa de navegação, apresentamos o desenvolvimento de um veículo autônomo de grande porte funcional para ambientes externos. Buscamos aperfeiçoar uma arquitetura para navegação autônoma, baseada em visão monocular e com capacidade de seguir pontos esparsos de GPS. Mostramos como a simulação e os usos de robôs de pequeno porte auxiliaram no desenvolvimento do veículo de grande porte e apresentamos como as redes neurais podem ser aplicadas nos modelos de navegação autônoma. Na investigação sobre localização, mostramos um método utilizando informação obtida de redes sem fio para prover informação de localização para robôs móveis. As informações obtidas da rede sem fio são utilizadas para aprendizado da posição de um robô móvel por meio de uma rede neural. Diversas avaliações foram realizadas buscando entender o comportamento do sistema com diferentes números de pontos de acesso, com uso de filtros, com diferentes topologias. Os resultados mostram que o modelo usando redes sem fio pode ser um possível método prático e barato para localização de robôs móveis. Esta tese aborda temas relevantes e propostas originais relacionadas com os objetivos propostos, apresentando métodos que provenham autonomia na coordenação de grupos e nas atividades individuais dos mesmos. A busca por altos graus de eficiência na resolução de tarefas em ambientes dinâmicos ainda é um campo que carece de soluções e de um aprofundamento nas pesquisas. Sendo assim, esta pesquisa buscou agregar diversos avanços científicos na área de pesquisa de robôs móveis autônomos e coordenação de grupos, por meio da aplicação de estratégias inteligentes
The constant increasing of the complexity in the control of robotic systems, as well as the application of groups of robots assisting or replacing human beings in critical activities has generated a significant demand for more robust, flexible and efficient solutions. The conventional development of specialized algorithms consisted of rule-based systems and automatas, used to coordinate these physical sets in a dynamic environment is an extremely complex challenge. Although several models of development of robotic issues are currently in use, many challenges in the area remain open. This thesis is related to the search for intelligent strategies to be applied in autonomous mobile robots in order to allow practical operations in dynamic environments. We seek, with the investigation of intelligent strategies by means of the use of machine learning in the robots, to propose original solutions to allow contributions in three challenges of the robotic research area: localization, navigation and coordination of groups of robots. The investigations about localization and groups of robots show novel and original proposals, where we sought to extend the state of the art. The navigation part has as its major objective to be a link between the subjects of localization and navigation, being its aim to help the deployment of a autonomous vehicle implying in greater technical advances. Related to the robotic group coordination, we have made the choice to work on an application modeled as a wildfire combat operation. We have developed a simulation environment in which we have evaluated four techniques to obtain strategies for the group formation: genetic algorithms, particle swarm optimization, hill climbing and simulated annealing. The v results showed that we can have very different accuracy with different techniques and sets of parameters. Furthermore, we show how a heuristic based on the use of past populations can assist in fault tolerant operation. Related to the autonomous navigation task, we present the development of a large autonomous vehicle capable of operating in outdoor environments. We sought to optimize an architecture for autonomous navigation based on monocular vision and with the ability to follow scattered points of GPS.We show how the use of simulation and small robots could assist in the development of large vehicle. Furthermore, we show how neural networks can be applied as a controller to autonomous navigation systems. In the investigation about localization, we presented a method using wireless networks to provide information about localization to mobile robots. The information gathered by the wireless network is used as input in an artificial neural network which learns the position of the robot. Several evaluations were carried out in order to understand the behavior of the proposed system, as using different topologies, different numbers of access points and the use of filters. Results showed that the proposed system, using wireless networks and neural networks, may be a useful and easy to use solution for localization of mobile robots. This thesis has addressed original and relevant topics related to the proposed objectives, showing methods to allow degrees of autonomy in robotic operations. The search for higher degrees of efficiency in tasks solving in dynamic environments is still a field that lacks solutions. Therefore, this study sought to add several scientific contributions in the autonomous mobile robots research area and coordination of groups, by means of the application of intelligent strategies

A aplicação de sistemas de múltiplos robôs é desejável em várias tarefas. Algumas delas são: exploração de ambientes, mineração, detecção de minas terrestres, segurança e operações de resgate. Uma estratégia eficiente de coordenação é decisiva para alcançar melhoras no desempenho. Neste projeto, duas novas estratégias são propostas para a coordenação de sistemas de múltiplos robôs, aplicadas para as tarefas de exploração, vigilância e formação. Elas são distribuídas, descentralizadas e ocorrem em tempo de execução. A inspiração para ambas advém de mecanismos biológicos que definem uma organização social de sistemas coletivos. Especificamente, considerou-se nesta tese uma versão modificada do sistema de colônia de formigas. As estratégias são adaptáveis para cenários em que o número de robôs e a estrutura do ambiente mudam. Em relação à primeira estratégia, os experimentos consideram dois critérios de desempenho: a média de ciclos de vigilância e a média de iterações em cada intervalo de segurança. Os resultados de simulação confirmam que a exploração e vigilância emergem da sinergia dos comportamentos individuais dos robôs. Os dados obtidos mostram que a estratégia de coordenação é eficiente e satisfatória para realizar as tarefas de exploração e vigilância. Quanto à segunda estratégia, o sistema apresenta as características desejáveis para que a formação seja mantida: separação, alinhamento e coesão. Evidências empíricas mostraram que o sistema possui boa habilidade dispersiva, o que promoveu o aumento da cobertura, e que o mesmo foi capaz de se adaptar a novas topologias de grupo e configurações de ambiente
The application of systems of multiple robots is desirable in various tasks. Some of them include: exploration, mining, land mine detection, security and rescue operations. An effective strategy for coordination is crucial to achieve performance improvements. In this project, two new strategies are proposed for the coordination of multiple robot systems, applied to the tasks of exploration, surveillance and formation. They are distributed, decentralized and performed in real time. The inspiration for both of them comes from the biological mechanisms that define a social organization of collective systems. Specifically, it was considered in this thesis a modified version of the Ant Colony System. The strategies are adaptable for scenarios where the number of robots and structure of the environment change. Regarding the first strategy, the experiments consider two performance criteria: average surveillance cycles and average iterations for each patrolling interval. Simulation results confirm that the exploration and surveillance emerge from the synergy of individual behaviors of robots. The data obtained show that the coordination strategy is efficient and and suitable to perform the tasks of exploration and surveillance. Regarding the second strategy, the system presents the characteristics desirable to maintain the formation: separation, alignment and cohesion. Empirical evidence showed that the system has good dispersive ability, which promoted an increase in coverage, and that it was able to adapt to new group topologies and environment settings

Orientadores: Paulo Roberto G. Kurka, Euripedes G. O. Nobrega
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica
Made available in DSpace on 2018-07-23T15:12:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Victorino_AlessandroCorrea_M.pdf: 6845491 bytes, checksum: 9903819bc3d57ffa32aaed40f2334f6f (MD5) Previous issue date: 1998
Resumo: Robô Móvel Não-holonômico com rodas (RMN) é um sistema mecânico caracterizado por restrições cinemáticas não integráveis. Esta classe de sistemas mecânicos apresenta sérios problemas para o estudo de controle e estabilização, discutidos nesta dissertação. A condição do posto de Brockett postula que um sistema não-holonômico não pode ser estabilizado para uma configuração de repouso através de leis suaves de realimentação. Os modelos cinemáticos de estado e algumas de suas propriedades estruturais são inicialmente considerados. Linearização por realimentação dinâmica de estados e controle com realimentação suave dependente do tempo são sucessivamenteaplicados em uma estratégia híbrida, afim de se obter a convergência para a trajetória de referência e estabilizar o robô para uma configuração de repouso. É apresentado o controle de trajetória de um RMN com utilização de Linearização por Realimentação, com resultados simulados e experimentais baseados no robô KHEPERA, um robô móvel miniatura com 55mm de diâmetro. Os resultados experimentais mostram a aplicabilidade dos estudos teóricos apresentados
Abstract: Nonholonomic Wheeled Mobile Robot (NWMR) is a mechanical system which is characterized by non integrable kinematic constraints. This c1ass of mechanical system poses difficult problems to the study of control and stability, discussed here. Brockett's rank condition shows that a nonholonomic system canoot be stabilized to a rest configuration by means of smooth state feedback laws. Its structural properties are analyzed and the kinematic state space models necessary for the understanding of the behavior of the NWMR are presented. Trajectory tracking problems for mobile robots by means of feedback linearization is then considered. Dynamic feedback linearization and time-varying feedback are successively applied to handle the tracking of a moving reference trajectory and stabilization of the robot to a rest configuration. The trajectory control of a NWMR using feedback linearization is presented, with simulated and experimental results based on a Khepera, a 55 millimeters of diameter miniature mobile robot. Experimental results show the applicability of the theoretical studies presented.
Mestrado
Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico
Mestre em Engenharia Mecânica

Made available in DSpace on 2016-08-29T15:32:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_2260_Tese de Doutorado Eliete Maria de Oliveira Caldeira.pdf: 4117799 bytes, checksum: 26aca75f78d133d9c2bebbc9845349de (MD5) Previous issue date: 2002-12-11
Esta Tese de Doutorado propõe um sistema de sensoriamento baseado em um modelo de percepção onde as mudanças em imagens obtidas consecutivamente (por uma câmara de vídeo fixa sobre um robô móvel) permitem obter informação sobre o ambiente. Também é discutida a utilização deste sistema de sensoriamento para controlar a navegação de um robô móvel, sendo que para isto foi implementado um sistema de controle que usa exclusivamente a informação sensorial obtida a partir das imagens adquiridas. Tal sistema de controle caracteriza um comportamento reativo do robô, ou seja, assegura que ele possa vagar pelo ambiente sem colidir com nenhum objeto. Uma das características do sistema de sensoriamento proposto é que não há necessidade de modificação do ambiente, quer pela adição de texturas quer por controle de iluminação. A informação sobre o ambiente é obtida, a partir das imagens, pela técnica do fluxo óptico, o qual é sempre calculado para imagens adquiridas com o robô em movimento de translação. Então, um algoritmo de segmentação de movimento com base no fluxo óptico é proposto e implementado, de forma a detectar os objetos presentes na cena. Uma estimativa da distância a cada objeto é então obtida, calculando-se o tempo para contato a partir do fluxo óptico. O sistema de controle implementado utiliza a informação de tempo para contato a cada objeto para determinar uma nova direção segura para o robô, e envia a ele os comandos necessários para mudar sua direção atual. Os sistemas de sensoriamento e de controle aqui tratados foram implementados a bordo do robô Pioneer 2DX e utilizados em diversos experimentos, cujo resultado mostra que o sistema apresenta bom desempenho.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2015-12-16T17:29:20Z No. of bitstreams: 1 alexandremenezesteixeira.pdf: 8409444 bytes, checksum: df76f8cbe4e829db629062da1fd25bc7 (MD5)
Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2015-12-17T11:07:03Z (GMT) No. of bitstreams: 1 alexandremenezesteixeira.pdf: 8409444 bytes, checksum: df76f8cbe4e829db629062da1fd25bc7 (MD5)
Made available in DSpace on 2015-12-17T11:07:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 alexandremenezesteixeira.pdf: 8409444 bytes, checksum: df76f8cbe4e829db629062da1fd25bc7 (MD5) Previous issue date: 2015-02-23
FAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais
Monitorar um ambiente através de múltiplos robôs autônomos em um espaço compartilhado sem que haja colisões é um grande desafio nos dias atuais. Várias pesquisas na área de robótica tem sido feitas para desenvolver essa tarefa. Sendo assim, este trabalho atua na coordenação de movimento de múltiplos robôs de serviço percorrendo de forma cíclica caminhos que se interceptam. É desejável que os robôs sigam pelos caminhos inicialmente planejados sem mudá-los durante a missão. Para evitar possíveis colisões, um controlador central foi desenvolvido para planejar as velocidades médias que os robôs deverão efetuar em cada trecho do circuito, maximizando o menor intervalo de tempo t que eles cruzam por um mesmo ponto de colisão. A solução centralizada utilizada neste trabalho foi modelada como um problema Mixed Interger Linear Programming (MILP) sendo usado o software Linear Interactive and General Optimizer (LINGO) para maximizar t e encontrar para cada robô os tempos de percurso para cada parte do caminho. Foi desenvolvida uma aplicação em C++ capaz de iniciar o processo de otimização e receber os tempos otimizados de percurso de cada robô, usados para determinar as suas respectivas velocidades médias. Além disso, esta rotina de programação teve como objetivo realizar o controle dos robôs, navegando-os com o auxílio do framework Robot Operating System (ROS) integrado ao LINGO. Para localizá-los no espaço utilizou-se um pacote de visão computacional do ROS denominado ARPOSE, com o intuito de descobrir suas respectivas posições e orientações em relação à um eixo de referência global. Por fim, simulações e testes reais foram realizados sobre um grupo de robôs para demonstrar a eficácia da abordagem. Os resultados obtidos foram satisfatórios, o que possibilitou atingir os objetivos propostos.
Monitoring an environment using multi-autonomous robots operating in a shared workspace without collisions with each other is a great challenge nowadays. Many researchs have been done to develop this important task in robotics. Thus, this thesis deals with coordinating the motions of multiple working robots traversing periodic intersecting paths. It is desired that mobile robots following the initially designed paths without change them during the mission. To avoid any collision a centralized controller was developed to planner the velocity profile of the robots over the predefined paths, maximizing the smallest time margin t that the robots cross over a same collision point. The centralized solution used in this work was modeled as a Mixed Integer Linear Programming (MILP) problem using the Linear Interactive and General Optimizer (LINGO) software to maximize t and to find for each robot the sub-path traversal time. It was developed a C++ code capable to start the optimization process and receive for each robot the optimized traversal times, used to calculate their respectives average speeds. Besides, this code was used to control the robots, which was done through the Robot Operating System (ROS) framework integrated with LINGO. A computer vision ROS package named ARPOSE was used to localize the robots during the task, calculating their poses relative the global reference frame. Finally, to demonstrate the effectiveness of the approach, simulantions and real tests was performed on mobile robots group. The results obtained were satisfactory, which allowed to achieve the goals.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas
Made available in DSpace on 2012-10-26T00:17:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 299358.pdf: 2860654 bytes, checksum: b2ea0290e3da6025c48584110876d408 (MD5)
O problema da coordenação de um sistema multi-robôs, que pode realizar atividades mais complexas e de forma mais rápida e eficiente que um único robô, é um tema complexo que apresenta um importante desafio de pesquisa. O planejamento de trajetórias e de tarefas são alguns dos problemas fundamentais dos sistemas multi-robôs e se referem a encontrar caminhos livres de colisão para cada robô determinado a realizar uma dada tarefa. Obviamente, para alcançar estes caminhos livres de colisão, algum tipo de coordenação é indispensável. Para garantir propriedades de segurança e alcançabilidade, este trabalho se interessa em estudar o uso de técnicas de modelagem e de verificação formal na solução deste tipo de problema. Para tal, duas diferentes técnicas para a solução do planejamento e coordenação de sistemas multi-robôs foram abordadas. Na primeira técnica, Teoria de Controle Supervisório, o problema consiste em calcular o supervisor ótimo que representa a lógica de controle utilizada para o planejamento de tarefas. Na segunda técnica, Autômato Jogo-Temporizado, uma estratégia é sintetizada para o planejamento de tarefas dos robôs que considera um jogo entre o ambiente e o controlador evidenciando a reatividade destes sistemas e a constante busca da vitória por parte do controlador em termos de segurança e alcançabilidade. Por fim, uma arquitetura genérica para a implementação de sistemas multi-robôs foi desenvolvida para fornecer desde o planejamento de tarefas ao controle contínuo dos robôs. Desta maneira, este trabalho avalia diferentes métodos formais para o desenvolvimento do planejamento e coordenação de sistemas multi-robôs, além de reproduzir os resultados das técnicas em um ambiente real.
The coordination problem of a multi-robot system to accomplish complex activities and in a faster and more effcient way than a single robot is a complex issue that presents a major research challenge. The path and task planning are some of the fundamental problems of multi-robot systems and corresponds to and collision-free paths for each robot to accomplish an individual given task. Obviously, to achieve these collision-free paths, some kind of coordination is essential. For this purpose, two different techniques for solving the planning and the coordination of multi-robot systems have been tackled. In the frst technique, the Supervisory Control Theory, the problem consists to calculate the optimal supervisor representing the control logic used for task planning. In the second technique, Timed Game tomata, a strategy is synthesized for the robot task planning that take account a game between the environment and the controller showing the reactivity of these systems and the constant seek for the victory by the controller in terms of safety and reachability. Finally, a generic architecture for the implementation of a multi-robot system is designed to provide resources from task planning to the continuous control. Thus, this work evaluates different formal methods for the development of planning and coordination of multi-robots systems, besides to reproduce the results of the techniques in a real environment.

Esta tese aborda o problema da modelagem e coordenação de múltiplos robôs na exe\-cução de tarefas cooperativas. É proposta e apresentada uma nova metodologia que usa alocação dinâmica de papéis na coordenação de múltiplos robôs. Basicamente, cada robô executa um papel que define as suas ações durante a cooperação. Esses papéis podem ser alterados dinamicamente permitindo que os robôs executem tarefas cooperativas em ambientes dinâmicos e não estruturados. As tarefas cooperativas e a alocação dinâmica de papéis são modeladas utilizando-se sistemas híbridos. Um sistema híbrido pode ser visto como uma composição de estados discretos e equações contínuas, sendo bastante adequado para a representação de sistemas com múltiplos robôs. Um autômato híbrido é utilizado para representar o comportamento de cada robô na execução da tarefa e a composição de vários autômatos permite que a tarefa cooperativa como um todo seja modelada. Isso permite uma melhor representação e formalização da execução de tarefas cooperativas e provê um arcabouço para obtenção de resultados formais sobre a cooperação. Vários experimentos são realizados em diversas tarefas cooperativas, utilizando-se tanto robôs reais como simulados. Para isso, foi desenvolvido um simulador chamado de MuRoS, que permite a simulação de múltiplos robôs na execução de tarefas cooperativas. Os experimentos demonstram a efetividade da metodologia proposta na modelagem e execução de tarefas cooperativas.

A estimação da localização do robô móvel em um ambiente é fundamental para o sucesso da sua operação. Nesse contexto, este trabalho tem como objetivo a modelagem cinemática e estimação dos parâmetros da classe de robôs móveis com rodas skid-steer. Dois métodos de estimação são apresentados e comparados. Aspectos como efeitos do escorregamento das rodas na estimação da posição, além de parâmetros de compensação para imprecisões mecânicas e desalinhamentos são considerados na modelagem. O robô AGV Husky será utilizado como plataforma de teste no ambiente de simulação GAZEBO, resultando em uma ferramenta de desenvolvimento de algoritmos de controle e navegação de robôs moveis.