Auto-Organização entre Robôs Móveis Cooperativos

Apresentação em tema: "Auto-Organização entre Robôs Móveis Cooperativos"— Transcrição da apresentação:

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

2 Roteiro Motivação Comportamento básico Auto-organização Cooperação
Conclusão

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

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

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

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

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

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

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

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

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

12 Subsumption - exemplo

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

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

15 Limiar de Posicionamento
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 Limiar de Posicionamento

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

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

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

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

21 Formações Circulares

22 Parabolóide de Revolução

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

24 Parabolóide de Revolução

25 Parabolóide de Revolução
Sempre Se estiver sobre o parabolóide

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

27 Parabolóide de Revolução

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

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

30 Anti-estagnação

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