Proposta de uma Arquitetura Híbrida para Navegação Autônoma por Hugo da Luz Silva

Problema A navegação autônoma de robôs consiste no desenvolvimento de mecanismos de tomada de decisão em um ambiente arbitrário para realizar tarefas de forma autônoma. A atuação do robô no mundo físico está sujeita às restrições geométricas e incertezas.

Objetivo Geral Desenvolvimento de uma arquitetura híbrida para navegação autônoma utilizando técnicas de deliberação e reação. Essa arquitetura deve ser desenvolvida utilizando linguagem orientada a objetos e será embarcada no robô móvel NOMAD XR4000. Permitirá o crescimento incremental, através da adição de novos módulos e/ou complementação dos já existentes.

Objetivos Específicos Modelagem e desenvolvimento da arquitetura híbrida. Primeiros módulos implementados: ▫ Sensoriamento, Reação, Planejamento e Coordenação*. Definição da comunicação entre as classes.

Arquitetura Proposta Essa arquitetura deve prover raciocínio robusto e ser flexível. Permitir expansão das funcionalidades (novos módulos). Permitir adição e utilização de outros sensores ou câmera.

Arquitetura Proposta A arquitetura do sistema deverá permitir: ▫ Que o robô navegue sem colisões (com objetos móveis ou estacionários). ▫ Que formule e execute planos de navegação. ▫ Que modifique os planos de acordo com mudanças no estado do mundo. ▫ Que perceba e reaja a mudanças em um ambiente estático.

Sensoriamento Aquisição e armazenamento dos dados dos sensores: sonares, infravermelho e encoders. Dependência dos principais módulos do sistema. No primeiro momento, nenhuma técnica para tratamento dos dados será definida.

Mapeamento/Localização Definir o posicionamento do robô no ambiente da forma mais precisa possível. O Mapa deverá ser gerado pelo próprio robô. Utilização dos dados dos sonares, infravermelhos e encoders.

Planejamento Gerar a trajetória para o alcance do objetivo e enviar as sub-tarefas ao módulo de Coordenação. Trajetória calculada a partir de um mapa global do ambiente fornecido a priori e atualizado pelo módulo de mapeamento. Deverá ser capaz de fazer o re-planejamento da trajetória, se for necessário.

Coordenação Coordenar os conflitos existentes entre os módulos de Planejamento e Reação. Enviar um conjunto de comportamentos motores ao módulo Reativo para cada sub- tarefa gerada pelo módulo de Planejamento.

Reação Responsável por gerar comportamentos de acordo com as percepções ou com o planejamento. Será composto por controladores Fuzzy responsáveis por ajustes na direção do robô e controle de velocidade. A desvantagem dessa abordagem é que o conjunto de regras de inferência será arbitrado.

Arquitetura Proposta Módulos independentes. ▫ Utilização de threads e semáforos. Comunicação através de sockets. Execução dos módulos em máquinas independentes. ▫ Upper: Mapeamento/Localização, Planejamento e Coordenação. ▫ Lower: Sensoriamento e Reação.

Limitações Forte dependência dos módulos de Sensoriamento e Localização. Limitações computacionais do robô. ▫ Processamento. ▫ S.O. e bibliotecas. Impossibilidade de testes em simulador.

Cronograma Fundamentação Teórica e Revisão Bibliográfica (01/09 – 07/09) Modelagem Sensorial (01/09 – 03/09) Definição do Ambiente (04/09 e 11/09 – 12/09) Modelagem da Arquitetura (02/09 – 04/09) Desenvolvimento da Arquitetura (05/09 – 10/09) Testes e Avaliação da Arquitetura (11/09 – 01/10) Redação da Dissertação (06/09 – 04/10)

Referências ARKIN, R. C. Reactive robotic systems. In the Handbook of Brain theory and Neural Networks, M. A. Arbib, Ed. MIT Press, Cambridge, MA, , 1998a. ARKIN, R. C. Behavior-based robotics, MIT Press, Cambridge, MA, 1998b. BROOKS, R. A. A robust layered control system for a mobile robot, IEEE Journal of Robotics and Automation, CALVO, R. Arquitetura Híbrida Inteligente para Navegação Autônoma de Robôs. Dissertação de Mestrado, USP, São Paulo, CAZANGI, R. R. Uma Proposta Evolutiva para Controle Inteligente em Navegação Autônoma de Robôs. Dissertação de Mestrado, UNICAMP, São Paulo, CHOSET, H., LYNCH, K. M., HUTCHINSON S., KANTOR, G., BURGARD, W., KAVRAKI, L. E. e THRUN, S. Principles of Robot Motion: Theory, Algorithms, and Implementations. The MIT Press CRESTANI, P. R. Sistemas inteligentes de navegação autônoma: uma abordagem modular e hierárquica com novos mecanismos de memória e aprendizagem. Dissertação de Mestrado, UNICAMP, São Paulo, 2001.

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