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Tipo do documento: Dissertação
Título: Transporte cooperativo de objeto por multi-robôs
Título(s) alternativo(s): Cooperative transport of objects by multi-robots
Autor: Ferreira, Gustavo Bueno 
Primeiro orientador: Nedjah, Nadia
Segundo orientador: Mourelle, Luiza de Macedo
Primeiro membro da banca: Peralva, Bernardo Sotto-Maior
Segundo membro da banca: Ayala, Helon Vicente Hultmann
Resumo: O transporte de objetos por um grupo de robôs pode ser vantajoso quando um objeto é muito grande ou muito pesado para ser efetivamente manipulado por um único robô. O transporte cooperativo requer a coordenação e sincronização de forças de empurre a serem exercidas pelos robôs. Neste trabalho, é proposto um novo algoritmo para o Transporte Cooperativo de Objeto por Impulsionamento, chamado TCOI. O algoritmo possui quatro etapas. A primeira implementa a busca pelo objeto no mundo, também chamado de arena. A segunda etapa do algoritmo começa quando pelo menos um robô encontra o objeto. Em seguida, este recruta os demais robôs. Durante a terceira etapa cada robô primeiro, calcula a pose em que deve estar localizado para executar as ações de impulsionar, e depois se desloca para esta pose. Quando o posicionamento de todos os robôs atrás do objeto circular é concluído, a quarta etapa começa. A partir de então, os robôs começam a alternar entre ações de impulsionamento e posicionamento para manter o objeto dentro da trajetória de transporte esperada. Isso é executado até que o objeto seja alojado no local de destino predefinido. Neste trabalho, a implementação da etapa de busca pelo objeto é inspirada em duas estratégias. A primeira estratégia é a busca aleatória. Já a segunda estratégia imita o comportamento de colônias de formigas durante seu forrageamento por fontes de alimento, depositando feromônios ao longo dos caminhos percorridos. O TCOI é implementado em robôs de enxame GRITSBot, utilizando a plataforma Robotarium. Propõe-se investigar além do desempenho das duas estratégias de procura, o impacto do posicionamento dos robôs durante o impulsionamento, o impacto do número de robôs e o da dimensão e peso do objeto. Para avaliar o modelo proposto, o tempo de cada etapa e a distância percorrida pelo objeto são avaliados. Os resultados mostram que o método de procura, que imita o comportamento de colônias de formigas obtém uma menor rota do que o método utilizando a busca aleatória. Na média, os resultados utilizando o comportamento das formigas apresentam uma redução na rota de 6,7%, para o deslocamento apenas para frente dos robôs, já para o deslocamento para frente/trás a redução na rota é de 52, 35%. Na análise do impacto do posicionamento dos robôs, o ângulo máximo entre os robôs proporcionou um menor erro no comprimento do percurso do objeto, do que para os outros ângulos. Na média, os resultados apresentam uma redução do erro no comprimento do percurso do objeto de 75, 76% entre o ângulo máximo e mínimo entre os robôs. Já na análise do impacto do número de robôs, foi possível constatar que quanto mais robôs impulsionar o objeto, além do mínimo necessário, mais rápida fica a etapa de transporte do objeto. A redução no tempo para transportar o objeto utilizando o número máximo e mínimo de robôs é de 829, 77s. Por fim, na análise do impacto da dimensão e peso do objeto, foi confirmado que a quantidade mínima de robôs para impulsionar o objeto deve ser proporcional à esses valores.
Abstract: Coordinated transport of objects by a robotic swarm can be advantageous when the object to be transported is too large and/or too heavy to be effectively handled by a single robot. Cooperative transport requires coordination and synchronization of the pushing forces, to be exerted by the robots in order for the object to be transported successfully. In this work, a new algorithm for Cooperative Transport of Object by Pushing, called TCOI, is proposed. The algorithm has four stages. The first stage implements the object search done by the robots. The second stage of the algorithm starts when at least one robot finds the object. It then recruits the other robots. During the third stage, each robot first computes and then goes towards the location where it must position itself behind the object to cooperate in the pushing actions required for executing the transport properly. When the positioning of all robots behind the object is completed, the fourth stage of the algorithm begins. From then on, the robots start alternating between pushing and re-positioning actions in order to keep the object moving along the expected transport trajectory. This procedure is executed until the object is actually homed in a predefined location. In this work, the implementation of the object search stage is inspired by two strategies. The first strategy is the random search. The second strategy mimics the behavior used by ant colonies during their foraging for food sources, depositing pheromones along the traversed paths. Algorithm TCOI is implemented using a swarm of GRITSBot robots, via the Robotarium platform. In addition to the performance evaluation of the two search strategies, we investigate the impact of the positioning of the robots during the pushing actions, that of the number of robots as well as the impact of the diemnsion and weight of the object. To evaluate the proposed project, the time of each stage and the distance traveled by the object are evaluated. The results show that the search method, which mimics the behavior of ant colonies, obtains a shorter route than the method using random search. On average, the results using the behavior of ants show a reduction in the route of 6,7%, for moving robots forward only, as for the forward/backward movement, the reduction in the route is 52, 35%. In the analysis of the impact of the positioning of the robots, the maximum angle between the robots provides a smaller error in the object path length, than for the other angles. On average, the results show a reduction in the error in the length of the object’s path of 75, 76% between the maximum and minimum angle between the robots. In the analysis of the impact of the number of robots, it is possible to verify that the more robots that push the object, beyond the required minimum, the faster the object transport stage becomes. The reduction in time to transport the object using the maximum and minimum number of robots is 829, 77s. Finally, in the analysis of the impact of the object size and weight, it is confirmed that the minimum number of robots to push the object must be proportional to these values.
Palavras-chave: Electronic engineering
Collective intelligence
Robots - Control systems
Algorithms
Self-organizing systems
Engenharia eletrônica
Inteligência coletiva
Robôs - Sistemas de controle
Algorítmos
Sistemas auto-organizáveis
Área(s) do CNPq: ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::ELETRONICA INDUSTRIAL, SISTEMAS E CONTROLES ELETRONICOS
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Sigla da instituição: UERJ
Departamento: Centro de Tecnologia e Ciências::Faculdade de Engenharia
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Eletrônica
Citação: FERREIRA, Gustavo Bueno. Transporte cooperativo de objeto por multi-robôs. 2022. 113 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Eletrônica) - Faculdade de Engenharia, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2022.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/19350
Data de defesa: 14-Dez-2022
Aparece nas coleções:Mestrado em Engenharia Eletrônica

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