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Use este identificador para citar ou linkar para este item: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/20751
Tipo do documento: Dissertação
Título: Transporte coletivo por enjaulamento em robótica de enxame
Título(s) alternativo(s): Collective transport by caging in swarm robotics
Autor: Cardoso, Karen da Silva 
Primeiro orientador: Nedjah, Nadia
Segundo orientador: Mourelle, Luiza de Macedo
Primeiro membro da banca: Bhaya, Amit
Segundo membro da banca: Coelho, Igor Machado
Resumo: O transporte coletivo em robótica de enxame é baseado no transporte de objetos por enxames de robôs caracterizados por suas dimensões significativamente menores em comparação com o objeto a ser transportado. O conjunto de robôs do enxame geralmente possui a mesma arquitetura. Individualmente, os robôs são capazes de realizar funções simples, como detecção, locomoção e comunicação básica. No entanto, cooperativamente, eles podem executar tarefas complexas. O transporte coletivo tem diversas aplicações que abrangem o transporte de objetos em grande escala e objetos em nanoescala. Como resultado, inúmeros estudos foram conduzidos sobre esse tema, destacando três estratégias de transporte: impulsionamento, agarramento e enjaulamento. Neste trabalho, a estratégia de enjaulamento é adotada. Tal estratégia pode ser definida como o completo enclausuramento do objeto, permitindo-lhe um certo grau de liberdade, mas impedindo-o de escapar da formação de robôs ao seu redor. A principal vantagem dessa estratégia é a progressão coordenada e coesa do transporte, uma vez que as forças aplicadas ao objeto pelo enxame se complementam e evitam desvios significativos em sua trajetória em direção ao destino planejado. Este trabalho propõe um método para abordar o transporte coletivo por enjaulamento, que opera em quatro etapas: a busca do objeto pelo enxame, o recrutamento do enxame de robôs, o posicionamento inicial dos robôs ao redor do objeto, enjaulando-o, e a etapa de transporte. A implementação da estratégia proposta é realizada na plataforma CoppeliaSim, na qual o enxame é composto por robôs do tipo Khepera-III. Este robô é escolhido devido à disposição de seus sensores ao longo de seu perímetro, o que permite uma ampla visão do ambiente. A arena é o cenário onde as simulações são realizadas, a mesma é discretizada em diferentes configurações. Tal discretização tem impacto significativo no desempenho das etapas de busca e transporte. A avaliação de desempenho das etapas de busca e recrutamento é baseada no tempo de execução das mesmas, enquanto que para a etapa de transporte, além do tempo de execução, o erro normalizado da trajetória do objeto é avaliado para diferentes configurações de discretização da arena e comprimentos de trajeto. A avaliação da etapa de transporte também envolve a análise do impacto do número de robôs e das dimensões do objeto a ser transportado. O método proposto se mostra eficaz, uma vez que o enjaulamento é mantido ao longo de todo o percurso, garantindo assim o transporte uniforme do objeto.
Abstract: Collective transport in swarm robotics is based on the transportation of objects by swarms of robots characterized by having significantly smaller dimensions compared to the object to be transported. The set of robots of the swarm generally have the same architecture. Individually, the robots are able to perform simple functions, such as sensing, locomotion, and basic communication. However, cooperatively, they can perform complex task. Collective transport has diverse applications that encompass the transportation of both large-scale objects and nanoscale objects. Consequently, numerous studies have been driven by this topic, highlighting three transport strategies: pushing, grasping, and caging. In this work, the caging strategy is adopted. It can be defined as the complete enclosure of the object. Allowing it a certain degree of freedom but preventing it from escaping the formation of robots around it. The main advantage of this strategy is the coordinated and cohesive progression of the transport since the forces applied to the object by the swarm complement each other and prevent significant deviations in its trajectory towards the planned destination. This work proposes a method to approach collective transport by caging, which operates in four stages: the search for the object by the swarm, the recruitment of swarm of robots, the initial positioning of the robots around the object, enclose it, and the transportation stage. The implementation of the proposed strategy is carried out in the CoppeliaSim platform, wherein the swarm is composed of Khepera IIItype robots. This robot is chosen due to the arrangement of its sensors along its perimeter, which allows for a wide view of the environment. The arena, which is the scenario where the simulations are conducted is discretized into different configurations. This space discretization has a significant impact on the performance of the search and transport stages. The performance evaluation of the search and recruitment stages are based on the execution time, while for the transport stage, in addition to the execution time, the normalized error of the object’s trajectory is evaluated for different arena discretization configurations and path lengths. The evaluation of the transportation stage also involves analyzing the impact of the number of robots and the dimensions of the object to be transported. The proposed method proves to be effective, as the caging is maintained throughout the entire path, thus ensuring the uniform transport of the object.
Palavras-chave: Electronic engineering
Robotics
Swarm intelligence
Engenharia eletrônica
Robótica
Inteligência coletiva
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: CARDOSO, Karen da Silva. Transporte coletivo por enjaulamento em robótica de enxame. 2023. 80 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Eletrônica) - Faculdade de Engenharia, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2023.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/20751
Data de defesa: 20-Out-2023
Aparece nas coleções:Mestrado em Engenharia Eletrônica

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