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1 Auto-Organização entre Robôs Móveis Cooperativos Aluno: Hélcio B. de Mello Professor: Markus Endler.

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1 1 Auto-Organização entre Robôs Móveis Cooperativos Aluno: Hélcio B. de Mello Professor: Markus Endler

2 2 Roteiro n Motivação n Comportamento básico n Auto-organização n Cooperação n Conclusão

3 3 Motivação n Uso de robôs cada vez mais freqüente –Eficiência –Precisão –Segurança –Economia

4 4 Motivação n Evolução científica –Eletrônica –Mecânica –Ciência da Computação n Aplicações –Resgate –Exploração / Reconhecimento –Militar

5 5 Motivação n Robô único x robôs múltiplos –Tolerância a falhas –Custo da produção em massa –Limitações físicas –Viabilidade tecnológica

6 6 Motivação n Controle centralizado x distribuído –Tolerância a falhas –Escalabilidade –Simplicidade –Paralelismo n Grupos homogêneos x heterogêneos –Tolerância a falhas –Custo da especialização

7 7 Exemplo - Acidente de Trem n Espalhamento de material tóxico –Perigo à saúde dos seres humanos –Missão: avaliar dimensões do acidente n Dispersão dos robôs por helicóptero –Danos devido à queda –Defeito de fabricação –Obstáculos intransponíveis

8 8 Exemplo - Acidente de Trem n Robôs assumem formação –Círculo / Retângulo –Linha n Ajustar formação em caso de falhas n Movimento cooperativo para varrer área

9 9 Exemplos da Natureza n Sociedades de animais –Cardumes n Defesa - dispersão e recomposição n Caça - localização de comida n Ataque - formação em parábola (atum) n Formação por manutenção de posição e velocidade em relação ao vizinho –Bandos n Diminuição da resistência do ar.

10 10 Exemplos da Natureza n Cupins / formigas –Construção de ninhos / formigueiros –Caminho mais curto –Presas mais recompensadoras –Exploração de terreno –Inexistência de comunicação direta

11 11 Comportamento Básico n Arquitetura de subsumption n Comportamentos de alta prioridade suprimem os de baixa prioridade. n Exemplo: Squirt –Esconder-se nas sombras –Seguir ruídos

12 12 Subsumption - exemplo

13 13 Comportamento Básico n Posicionamento –Absoluto x relativo n GPS n Sistema relativo de coordenadas –Deslocamento em formações n Distribuição da cobertura dos sensores n Robôs preparados para ação imediata

14 14 Uso de Limiares n Vantagens –Evita oscilação em torno do alvo –Reduz impacto de erros de sensores –Permite comportamentos suprimidos emergirem (subsumption). n Exemplos –Posicionamento –Forças Virtuais

15 15 Limiar de Posicionamento n Divide a região em zonas –Balística: robô se movimenta com velocidade máxima –Controlada: velocidade reduz linearmente com a aproximação ao alvo –Morta: robô fica parado

16 16 Limiar de Posicionamento

17 17 Limiar de Forças Virtuais n Simulação de forças entre robôs –Repulsão se estiverem muito próximos –Atração se estiverem muito longes n Força resultante ignorada se abaixo da força crítica.

18 18 Formações n Facilitam atingir objetivos –Transporte coletivo n Carregar n Empurrar –Cercar n Exemplos –Circunferência / Círculo / Esfera –Parabolóide de revolução

19 19 Formações Circulares n Circunferência –Sinalizador marca centro –Robôs conhecem raio e tolerância –Podem detectar distâncias –Algoritmo Se d > r +, aproxime-se do centro Se d > r +, aproxime-se do centro Se d < r -, afaste-se do centro Se d < r -, afaste-se do centro n Senão, afaste-se do seu vizinho mais próximo

20 20 Formações Circulares n Círculo –Mesmos pressupostos –Algoritmo n Se d > r, aproxime-se do centro n Se d < r, afaste-se do robô mais próximo n Esfera –Idem círculo, mas em 3D.

21 21 Formações Circulares

22 22 Parabolóide de Revolução

23 23 Parabolóide de Revolução n Sinalizadores marcam –Foco –Vértice n Robôs detectam as distâncias df e dv. n É suficiente conhecer parâmetro 2a.

24 24 Parabolóide de Revolução

25 25 Parabolóide de Revolução Sempre Se estiver sobre o parabolóide

26 26 Parabolóide de Revolução n Algoritmo (simplificado) –Calcule z_atual e z_parab –Mova o robô n Se z_atual > z_parab, desça n Se z_atual < z_parab, suba n Senão, afaste-se do robô mais próximo n Parabolóide se recompõe se os pontos foco e vértice se moverem

27 27 Parabolóide de Revolução

28 28 Cooperação n Exemplo: empurrar um objeto –Localizar o objeto (sinalizador) n Alvo dentro do alcance n Seguir outros robôs –Rede ad hoc –Falhas, interferência, etc. n Continuar em linha reta n Aguardar seguidor n Busca aleatória

29 29 Cooperação –Empurrar o objeto n Objeto pode ser pesado n Usar muitos robôs atrapalha n Organização durante transporte –Equilíbrio (em caso de carga) –Detecção de estagnação n Sensores de velocidade e força n Alteração de ângulo e ponto de aplicação n Técnica adotada pelas formigas

30 30 Anti-estagnação

31 31 Conclusão n Tendência de miniaturização n Controle distribuído torna sistema robusto n Muitas situações tornam o uso de coordenadas absolutas desnecessárias n Simulação é um `mal necessário´


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