Um arcabouço para planejamento e controle descentralizado de robôs heterogêneos

• Main Author: Armando Alves Neto
• Other Authors: Mario Fernando Montenegro Campos
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Federal de Minas Gerais 2012
• Online Access: http://hdl.handle.net/1843/ESBF-8ZEN86

=== This work addresses the problem of decentralized navigation and control of teams of cooperative robots in cluttered environments. We propose here a methodology for the coordination of heterogeneous agents subject to disturbances and uncertainties, typical of complex environments. Our method is based on an approach of path and trajectory planning with random exploration of spaces, whose advantages of efficiency and generalization allow its application in real-time multirobot problems. We explore two mzin features of the approach: i) the sharing of a pseudo-random seed between teammates and ii) the usage of abstractions (parametric functions) for coordinated planning. At first, the robots use deterministic functions, that simulate randomized characteristics, to generate plans that are the same as of other robots on the basis of the real-time methodologies. This allows maintaining the advantages of these techniques in a problem with deterministic solution. Secondly, the robots use parametric functions that make it possible the planning of the team in a distributed manner, without requiring that each agent be aware of the existence of others. That contributes for the scalability of the method, making it decentralized. The proposed methodology is applied to two kinds of complex problems: i) formation control of a group of aerial robots and ii) air-ground cooperation of vehicles. We use as basis of prediction, models that incorporate both the dynamic and the kinematic behavior of the robots, as well as the main constraints in the state space. The controllers employed in this approach are simple, but the method is general enough to incorporate more sophisticated control laws === Esta tese aborda o problema de navegação e controle descentralizado de times de robôs cooperativos em ambientes com obstáculos. Propõem-se aqui uma metodologia para a coordenação de agentes heterogêneos sujeitos a perturbações e incertezas, compartilhando ambientes complexos. O método apresentado baseia-se em uma abordagem de planejamento de caminhos e trajetórias com exploração aleatória de espaços, cujas vantagens de eficiência e generalização possibilitam a aplicação em tempo real a problemas multirrobôs. Nesse caso, exploraram-se duas particularidades da solução: i) o compartilhamento de uma semente pseudoaleatória entre agentes do time e ii) o uso de abstrações (funções paramétricas) para o planejamento coordenado. No primeiro aspecto, os robôs utilizam funções determinísticas que simulam características de aleatoriedade para gerar planos idênticos aos dos outros robôs, com base em metodologias de planejamento em tempo real. Isso permite manter as vantagens dessas técnicas em um problema com solução determinística. No segundo aspecto, os robôs utilizam funções paramétricas que permitem o planejamento do grupo de forma descentralizada, sem a necessidade de que cada agente esteja ciente da existência de outros. Isso favorece a escalabilidade do método, tornando-o inteiramente descentralizado. A metodologia proposta é aplicada a dois tipos de problemas complexos: i) o controle de formação de um grupo de robôs aéreos e ii) a cooperação entre veículos aéreos e terrestres. Utilizaram-se como base de predição, modelos que incorporam tanto o comportamento cinemático quanto dinâmico dos robôs, além das principais restrições no espaço de estados. Os controladores empregados nesta abordagem são bastante simples, porém a metodologia não se restringe a eles, abrangendo lógicas de controle bem mais sofisticadas