Letteratura scientifica selezionata sul tema "Enjambre de robots"

La motivación de la investigación se enfoca en responder una simple pregunta: ¿Cuál es la mínima estructura robótica necesaria para resolver un problema de navegación? La investigación se centra en ambientes desconocidos, dinámicos y limitantes al uso de ciertos sensores. En particular, se investiga el problema de cómo coordinar la navegación de múltiples robots autónomos sin el uso de la identificación del sistema, construcción de un mapa geométrico, localización o estimación de estados. El algoritmo de navegación propuesto utiliza el gradiente del ambiente para ajustar el control de navegación, gradiente que es continuamente modificado por todos los robots en la forma de una comunicación local. El esquema de diseño, tanto del algoritmo como de su implementación en el robot, busca una aproximación minimalista, en la que se minimizan los requerimientos del robot (capacidad de procesamiento, de comunicación y tipo de sensores). Además, la investigación busca la navegación autónoma de cada robot, y el escalado del sistema a cualquier número de agentes. El algoritmo de navegación es formulado para una tarea de agrupamiento, donde los robots forman grupos autónomamente sin interacción externa o información inicial respecto al ambiente u otros robots en él. Finalmente, el desempeño de la tarea es verificado a través de simulación para los prototipos de laboratorio del grupo.

<span class="fontstyle0">A día de hoy, existen en el mercado una gran cantidad de aeronaves sin piloto que pueden ser comandadas con ordenes de alto nivel para realizar tareas complejas de forma casi automatica, como por ejemplo el mapeo de explotaciones agrícolas. De forma natural, nos podemos preguntar si sería posible coordinar a un grupo de estos robots para realizar esas mismas tareas de forma más rápida, flexible y robusta. En este trabajo se repasan las tareas que se han planteado resolver con sistemas compuestos por grupos de aeronaves no tripuladas y los algoritmos empleados, así como los metodos y estrategias en los que están basados. Aunque el futuro de estos sistemas es prometedor, existen ciertos obstaculos legislativos y técnicos que frenan su implantación de forma generalizada.</span>

<span>En este documento se presenta la propuesta de un algoritmo para planear trayectorias, empleando un modelo de partículas activas brownianas. Existen varios métodos para planear trayectorias en robótica móvil, y uno de los más populares es el basado en campos potenciales artificiales; sin embargo, este método tiene la desventaja de presentar mínimos locales lo cual puede hacer que el robot no logre llegar al punto destino. Aunque ya se han realizado aplicaciones de enjambres de partículas para evadir mínimos locales, en la propuesta aquí presentada, se busca emplear un modelo compacto que permita planear la trayectoria, evadiendo mínimos locales.</span>

Este artículo se enfoca en la aplicación de los modelos dinámicos y estáticos del robot paralelo de Stewart-Gough usando el procedimiento de Newton-Euler y la reciprocidad de la teoría de Screw, estas se utilizan para encontrar la fuerza en cada actuador de la pierna en determinada tarea. Luego el algoritmo implementado y validado por medio de simulación asistida por computadora. Por otro lado, el algoritmo PSO (Optimización por Enjambre de Partículas) se implementa para encontrar la mejor posición del robot con respecto a una rotación de la plataforma base en el eje Z, con el objetivo de obtener la fuerza mínima posible en el actuador para la tarea del robot.

Este artículo presenta un controlador Fuzzy-PD para resolver el problema de seguimiento de pared a través de un robot móvil. El desempeño del controlador propuesto es comparado con un controlador clásico PD a través del análisis del índice de la integral del error cuadrático (ISE) y el índice de variación total de la acción de control (TV). Para el diseño del controlador Fuzzy-PD, se consideró la distancia que existe entre el robot móvil y la pared la cual es medida a través de un sensor ultrasónico que tiene el robot. En este trabajo se realizaron dos pruebas con el objetivo de mostrar la efectividad que posee cada controlador; un cambio de referencia de la distancia de seguimiento y el seguimiento de una pared desconocida. Los controladores fueron sintonizados a través del algoritmo de optimización por enjambre de partículas (PSO) e implementados en la plataforma DaNI 2.0 mediante el uso del software LabView Robotics.

Swarm robotics focuses on the study and development of robot systems containing a large number of agents that interact with each other in a collective behaviour in order to achieve tasks or overcome obstacles. Bristlebots are vibration-driven mobile robots. They are characterized by small size, high speed, simple design and low costs for production and application – qualities which are advantageous for agents of swarm robotic systems. However, most studies have been developed over systems with no control or systems with two or more actuators. The aim of this master thesis is the development of a bristle based robot agent for a swarm robotics microsystem with units for locomotion, sensing, data processing, control, communication and energy storage. New approaches in modelling and development of swarm agents are given, and a robot prototype is presented. The robot is driven by a single DC motor and uses a bristle system to create locomotion. It should be noted, that within the system design, considerations for the size, weight and minimalist architecture are taken. Experiments are presented and the system’s capabilities for displacement, velocity and trajectory generation are analysed. While the parallel velocity maintains a positive magnitude in both motor rotation directions, the rotation speed and transversal velocity of the robot have opposite directions, creating curved trajectories with opposite orientations. In Frequencies up to 210 Hz, the rotation direction of the robot is maintained while the magnitude slightly varies. However, for higher frequencies, the rotation direction of the robot is reversed, maintaining a similar magnitude. The transversal speeds at this frequency range, maintain their direction but are clearly reduced compared to lower frequencies.
Tesis

L'objectiu principal d'aquesta tesi consisteix a estudiar la factibilitat d'implementar un sensor càmera CNN amb plena funcionalitat basat en FPGA de baix cost adequat per a aplicacions en robots mòbils. L'estudi dels fonaments de les xarxes cel•lulars no lineals (CNNs) i la seva aplicació eficaç en matrius de portes programables (FPGAs) s'ha complementat, d'una banda amb el paral•lelisme que s'estableix entre arquitectura multi-nucli de les CNNs i els eixams de robots mòbils, i per l'altre banda amb la correlació dinàmica de CNNs i arquitectures memristive. A més, els memristors es consideren els substituts dels futurs dispositius de memòria flash per la seva capacitat d'integració d'alta densitat i el seu consum d'energia prop de zero. En el nostre cas, hem estat interessats en el desenvolupament d’FPGAs que han deixat de ser simples dispositius per a la creació ràpida de prototips ASIC per esdevenir complets dispositius reconfigurables amb integració de la memòria i els elements de processament general. En particular, s'han explorat com les arquitectures implementades CNN en FPGAs poden ser optimitzades en termes d’àrea ocupada en el dispositiu i el seu consum de potència. El nostre objectiu final ens ah portat a implementar de manera eficient una CNN-UM amb complet funcionament a un baix cost i baix consum sobre una FPGA amb tecnología flash. Per tant, futurs estudis sobre l’arquitectura eficient de la CNN sobre la FPGA i la interconnexió amb els robots comercials disponibles és un dels objectius d'aquesta tesi que se seguiran en les línies de futur exposades en aquest treball.
El objetivo principal de esta tesis consiste en estudiar la factibilidad de implementar un sensor cámara CNN con plena funcionalidad basado en FPGA de bajo coste adecuado para aplicaciones en robots móviles. El estudio de los fundamentos de las redes celulares no lineales (CNNs) y su aplicación eficaz en matrices de puertas programables (FPGAs) se ha complementado, por un lado con el paralelismo que se establece entre arquitectura multi -núcleo de las CNNs y los enjambres de robots móviles, y por el otro lado con la correlación dinámica de CNNs y arquitecturas memristive. Además, los memristors se consideran los sustitutos de los futuros dispositivos de memoria flash por su capacidad de integración de alta densidad y su consumo de energía cerca de cero. En nuestro caso, hemos estado interesados en el desarrollo de FPGAs que han dejado de ser simples dispositivos para la creación rápida de prototipos ASIC para convertirse en completos dispositivos reconfigurables con integración de la memoria y los elementos de procesamiento general. En particular, se han explorado como las arquitecturas implementadas CNN en FPGAs pueden ser optimizadas en términos de área ocupada en el dispositivo y su consumo de potencia. Nuestro objetivo final nos ah llevado a implementar de manera eficiente una CNN-UM con completo funcionamiento a un bajo coste y bajo consumo sobre una FPGA con tecnología flash. Por lo tanto, futuros estudios sobre la arquitectura eficiente de la CNN sobre la FPGA y la interconexión con los robots comerciales disponibles es uno de los objetivos de esta tesis que se seguirán en las líneas de futuro expuestas en este trabajo.
The main goal of this thesis consists in studying the feasibility to implement a full-functionality CNN camera sensor based on low-cost FPGA device suitable for mobile robotic applications. The study of Cellular Nonlinear Networks (CNNs) fundamentals and its efficient implementation on Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) has been complemented, on one side with the parallelism established between multi-core CNN architecture and swarm of mobile robots, and on the other side with the dynamics correlation of CNNs and memristive architectures. Furthermore, memristors are considered the future substitutes of flash memory devices because of its capability of high density integration and its close to zero power consumption. In our case, we have been interested in the development of FPGAs that have ceased to be simple devices for ASIC fast prototyping to become complete reconfigurable devices embedding memory and processing elements. In particular, we have explored how the CNN architectures implemented on FPGAs can be optimized in terms of area occupied on the device or power consumption. Our final accomplishment has been implementing efficiently a fully functional reconfigurable CNN-UM on a low-cost low-power FPGA based on flash technology. Therefore, further studies on an efficient CNN architecture on FPGA and interfacing it with commercially-available robots is one of the objectives of this thesis that will be followed in the future directions exposed in this work.

Aquesta tesi se central en la formació d’eixams, on s’estudia el comportament coordinat d’un grup de robots per formar un patró quan s’observa a nivell global. En aquest sentit, la formació de la forma general és un dels problemes actuals en d’intel·ligència d’eixams artificials. En aquesta tesi s’introdueix una nova formació en forma de Y, la qual presenta una gran quantitat d’aplicacions en comparació amb altres tècniques de formació. Per exemple, la formació en Y es pot aplicar com a formació estratègica per totes les escales, presenta facilitat per canviar de forma i grandària a més de resoldre els problemes de redundància, d’autoorganització i autoreparació. L’objectiu principal d’aquesta tesi és aconseguir la formació en Y d’un eixam de robots. La implementació de dita formació únicament s’ha dut a terme mitjançant un entorn de simulació tot i que se han tingut en compte diferents aspectes que es podrien donar en una implementació real. El disseny del control de l’eixam per a diferents eixos s’ha realitzat a partir d’un model capaç de predir el comportament global de l’eixam, de la definició del temps d’establiment i l’aplicació de tècniques de localització de pols. Per controlar l’eixam en forma Y en termes d’orientació i el seu moviment com un bloc, s’han combinat el controlador lineal proposat, amb funcions límit i l’ajust d’alguns paràmetres per simulació. Els paràmetres s’han escollit per la formació desitjada i segons les constants definides per l’usuari. En comparació amb altres treballs, la solució proposta és simple, computacionalment eficient i tant per models d’eixams centralitzats com descentralitzats.
Esta tesis se centra en la formación de enjambres, donde se estudia el comportamiento coordinado de un grupo de robots para formar un patrón cuando se observa a nivel global. En este sentido, la formación de la forma general es uno de los problemas actuales en la inteligencia de enjambres artificiales. En esta tesis se introduce una nueva formación en forma de Y, la cual presenta una gran cantidad de aplicaciones en comparación con otras técnicas de formación. Por ejemplo, la formación en Y se puede aplicar como formación estratégica para todas las escalas, presenta facilidad para cambiar de forma y tamaño además de resolver los problemas de redundancia, de auto-organización y auto-reparación. El objetivo principal de esta tesis es conseguir la formación en Y de un enjambre de robots. La implementación de dicha formación se ha llevado a cabo únicamente mediante un entorno de simulación aunque se han tenido en cuenta diferentes aspectos que se podrían dar en una implementación real. El diseño del control del enjambre para diferentes ejes se ha realizado a partir de un modelo capaz de predecir el comportamiento global del enjambre, de la definición del tiempo de establecimiento y la aplicación de técnicas de localización de polos. Para controlar el enjambre en forma de Y en términos de orientación y movimientos del enjambre como un bloque, se han combinado el controlador lineal propuesto, funciones límite y el ajuste de algunos parámetros por simulación. Los parámetros se han escogido para la formación deseada y según las constantes definidas por el usuario. En comparación con otros trabajos, la solución propuesta es simple, computacionalmente eficiente, y tanto para modelos de enjambres centralizados como descentralizados.
The context of this work is the innovative young filed of swarm robotics. Particularly, in this thesis focused on swarm formation, which is important in swarm robotics too since coordinated behaviour of a group of robots to form a pattern when viewed globally. In this regard, global shape formation is one of the ongoing problems in artificial swarm intelligence. In nature, it is performed for various purposes, and search and rescue swarms could be used in disaster areas .In robotics phenomena, there exist various shape formations in the literature, but in this thesis, introduced new shape formation Y-Pod, which has vast applications compare to other formation techniques. In the discussion of our research journey, me and my supervisor discussed about various shape formations but finally exploit new shape formation Y-Pod and when we think about it, arise some questions ,why Y-Pod swarm formation and what it will serve, so in our casual discussion some important advantages are identified, those are : The Y-Pod can be utilized for formation strategy on all scales, Global shape formation, when viewed globally, Changes shapes, Easy to expand, overcome the redundancy problems and Self-organized and self-repair problems. The main objective of the proposed approach is to form a Y-pod formation of swarm robots. As well as we keep in our mind for real robot performance task, but the original work is delivered in simulation based environment only. Several parameters that significantly define the resulting behavior. We have proposed system equilibrium parameters with settling time and pole based problems, to control the swarm system in various axis an accurate model will predict the global behavior of the Y-Pod swarm formation based on the mathematical identified parameters. The proposed linear controller, limiting functions and simulation tuned parameters are combined to control Y-Pod swarm formation in terms of orientation, and swarm movement as a whole. Parameters are chosen based on desired formation as well as user defined constraints. This approach compared to others, is simple, computationally efficient, scales well to different swarm sizes, to heterogeneous systems, and to both centralized and decentralized swarm models.

En el corto plazo, la industria del robot autónomo y de los drones será un factor de desarrollo importante. Tanto la fabricación de los propios dispositivos, como del desarrollo del software que los hace funcionar serán actividades empresariales de importancia en el sector TIC. No obstante, el futuro de los robots de trabajo autónomo es colaborar unos con otros y con el entorno que los rodea (adaptación al contexto). Para ello, deben de ser capaces de interactuar con otros equipos mediante protocolos de comunicación y sistemas de razonamiento. Por ello, en este trabajo se presenta una experiencia encaminada a la obtención de un sistema de trabajo colaborativo para que un grupo/enjambre de robots autónomos de limpieza puedan trabajar de forma conjunta. La experiencia se basa en un laboratorio abierto que permite a los alumnos proponer y realizar sus propios desarrollos. En el trabajo se presentan tanto los aspectos metodológicos de la experiencia, como los avances que se han conseguido realizar hasta la fecha.