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Auto-OrganizaAuto-Organização entre ção entre Robôs Móveis Robôs Móveis CooperativosCooperativos
Aluno: Hélcio B. de MelloAluno: Hélcio B. de Mello
Professor: Markus EndlerProfessor: Markus Endler
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RoteiroRoteiro
MotivaçãoMotivação Comportamento básicoComportamento básico Auto-organizaçãoAuto-organização CooperaçãoCooperação ConclusãoConclusão
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MotivaçãoMotivação
Uso de robôs cada vez mais Uso de robôs cada vez mais freqüentefreqüente– EficiênciaEficiência– PrecisãoPrecisão– SegurançaSegurança– EconomiaEconomia
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MotivaçãoMotivação
Evolução científicaEvolução científica– EletrônicaEletrônica– MecânicaMecânica– Ciência da ComputaçãoCiência da Computação
AplicaçõesAplicações– ResgateResgate– Exploração / ReconhecimentoExploração / Reconhecimento– MilitarMilitar
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MotivaçãoMotivação
Robô único x robôs múltiplosRobô único x robôs múltiplos– Tolerância a falhasTolerância a falhas– Custo da produção em massaCusto da produção em massa– Limitações físicasLimitações físicas– Viabilidade tecnológicaViabilidade tecnológica
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MotivaçãoMotivação
Controle centralizado x distribuídoControle centralizado x distribuído– Tolerância a falhasTolerância a falhas– EscalabilidadeEscalabilidade– SimplicidadeSimplicidade– ParalelismoParalelismo
Grupos homogêneos x heterogêneosGrupos homogêneos x heterogêneos– Tolerância a falhasTolerância a falhas– Custo da especializaçãoCusto da especialização
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Exemplo - Acidente de Exemplo - Acidente de TremTrem
Espalhamento de material tóxicoEspalhamento de material tóxico– Perigo à saúde dos seres humanosPerigo à saúde dos seres humanos– Missão: avaliar dimensões do acidenteMissão: avaliar dimensões do acidente
Dispersão dos robôs por helicópteroDispersão dos robôs por helicóptero– Danos devido à quedaDanos devido à queda– Defeito de fabricaçãoDefeito de fabricação– Obstáculos intransponíveisObstáculos intransponíveis
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Exemplo - Acidente de Exemplo - Acidente de TremTrem
Robôs assumem formaçãoRobôs assumem formação– Círculo / RetânguloCírculo / Retângulo– LinhaLinha
Ajustar formação em caso de falhasAjustar formação em caso de falhas
Movimento cooperativo para varrer Movimento cooperativo para varrer áreaárea
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Exemplos da NaturezaExemplos da Natureza
Sociedades de animaisSociedades de animais– CardumesCardumes
Defesa - dispersão e recomposiçãoDefesa - dispersão e recomposição Caça - localização de comidaCaça - localização de comida Ataque - formação em parábola (atum)Ataque - formação em parábola (atum) Formação por manutenção de posição e Formação por manutenção de posição e
velocidade em relação ao vizinhovelocidade em relação ao vizinho
– BandosBandos Diminuição da resistência do ar.Diminuição da resistência do ar.
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Exemplos da NaturezaExemplos da Natureza
Cupins / formigasCupins / formigas– Construção de ninhos / formigueirosConstrução de ninhos / formigueiros– Caminho mais curtoCaminho mais curto– Presas mais recompensadorasPresas mais recompensadoras– Exploração de terrenoExploração de terreno– Inexistência de comunicação diretaInexistência de comunicação direta
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Comportamento BásicoComportamento Básico
Arquitetura de Arquitetura de subsumptionsubsumption Comportamentos de alta Comportamentos de alta
prioridade suprimem os de baixa prioridade suprimem os de baixa prioridade.prioridade.
Exemplo: SquirtExemplo: Squirt– Esconder-se nas sombrasEsconder-se nas sombras– Seguir ruídosSeguir ruídos
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SubsumptionSubsumption - exemplo - exemplo
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Comportamento BásicoComportamento Básico
PosicionamentoPosicionamento– Absoluto x relativoAbsoluto x relativo
GPSGPS Sistema relativo de coordenadasSistema relativo de coordenadas
– Deslocamento em formaçõesDeslocamento em formações Distribuição da cobertura dos sensoresDistribuição da cobertura dos sensores Robôs preparados para ação imediataRobôs preparados para ação imediata
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Uso de LimiaresUso de Limiares
VantagensVantagens– Evita oscilação em torno do alvoEvita oscilação em torno do alvo– Reduz impacto de erros de sensoresReduz impacto de erros de sensores– Permite comportamentos suprimidos Permite comportamentos suprimidos
emergirem (emergirem (subsumptionsubsumption).). ExemplosExemplos
– PosicionamentoPosicionamento– Forças VirtuaisForças Virtuais
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Limiar de PosicionamentoLimiar de Posicionamento
Divide a região em zonasDivide a região em zonas– Balística: robô se movimenta com Balística: robô se movimenta com
velocidade máximavelocidade máxima– Controlada: velocidade reduz Controlada: velocidade reduz
linearmente com a aproximação ao linearmente com a aproximação ao alvoalvo
– Morta: robô fica paradoMorta: robô fica parado
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Limiar de PosicionamentoLimiar de Posicionamento
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Limiar de Forças VirtuaisLimiar de Forças Virtuais
Simulação de forças entre robôsSimulação de forças entre robôs– Repulsão se estiverem muito próximosRepulsão se estiverem muito próximos– Atração se estiverem muito longesAtração se estiverem muito longes
Força resultante ignorada se abaixo Força resultante ignorada se abaixo da da força crítica.força crítica.
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FormaçõesFormações
Facilitam atingir objetivosFacilitam atingir objetivos– Transporte coletivoTransporte coletivo
CarregarCarregar EmpurrarEmpurrar
– CercarCercar ExemplosExemplos
– Circunferência / Círculo / EsferaCircunferência / Círculo / Esfera– Parabolóide de revoluçãoParabolóide de revolução
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Formações CircularesFormações Circulares
CircunferênciaCircunferência– Sinalizador marca centroSinalizador marca centro– RobRobôs conhecem raio e tolerânciaôs conhecem raio e tolerância– Podem detectar distânciasPodem detectar distâncias– AlgoritmoAlgoritmo
Se d > Se d > r + r + , aproxime-se do centro, aproxime-se do centro Se d Se d < r - < r - , afaste-se do centro, afaste-se do centro Senão, afaste-se do seu vizinho mais Senão, afaste-se do seu vizinho mais
próximopróximo
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Formações CircularesFormações Circulares
CírculoCírculo– Mesmos pressupostosMesmos pressupostos– AlgoritmoAlgoritmo
Se d > r, aproxime-se do centroSe d > r, aproxime-se do centro Se d < r, afaste-se do robSe d < r, afaste-se do robô mais próximoô mais próximo
EsferaEsfera– Idem círculo, mas em 3D.Idem círculo, mas em 3D.
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Formações CircularesFormações Circulares
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Parabolóide de RevoluçãoParabolóide de Revolução
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Parabolóide de RevoluçãoParabolóide de Revolução
Sinalizadores marcamSinalizadores marcam– FocoFoco– VérticeVértice
Robôs detectam as distâncias df e dv.Robôs detectam as distâncias df e dv.
É suficiente conhecer parâmetro 2a.É suficiente conhecer parâmetro 2a.
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Parabolóide de RevoluçãoParabolóide de Revolução
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Parabolóide de RevoluçãoParabolóide de Revolução
SempreSe estiver sobre o parabolóide
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Parabolóide de RevoluçãoParabolóide de Revolução
Algoritmo (simplificado)Algoritmo (simplificado)– Calcule z_atual e z_parabCalcule z_atual e z_parab– Mova o robôMova o robô
Se z_atual > Se z_atual > z_parab, desçaz_parab, desça Se z_atual < z_parab, subaSe z_atual < z_parab, suba Senão, afaste-se do robô mais próximoSenão, afaste-se do robô mais próximo
Parabolóide se recompõe se os Parabolóide se recompõe se os pontos foco e vértice se moverempontos foco e vértice se moverem
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Parabolóide de RevoluçãoParabolóide de Revolução
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CooperaçãoCooperação
Exemplo: empurrar um objetoExemplo: empurrar um objeto– Localizar o objeto (sinalizador)Localizar o objeto (sinalizador)
Alvo dentro do alcanceAlvo dentro do alcance Seguir outros robôsSeguir outros robôs
– Rede Rede ad hocad hoc– Falhas, interferência, etc.Falhas, interferência, etc.
Continuar em linha retaContinuar em linha reta Aguardar seguidorAguardar seguidor
Busca aleatóriaBusca aleatória
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CooperaçãoCooperação
– Empurrar o objetoEmpurrar o objeto Objeto pode ser pesadoObjeto pode ser pesado Usar muitos robôs atrapalhaUsar muitos robôs atrapalha Organização durante transporteOrganização durante transporte
– Equilíbrio (em caso de carga)Equilíbrio (em caso de carga)– Detecção de estagnaçãoDetecção de estagnação
Sensores de velocidade e forçaSensores de velocidade e força Alteração de ângulo e ponto de aplicaçãoAlteração de ângulo e ponto de aplicação Técnica adotada pelas formigasTécnica adotada pelas formigas
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Anti-estagnaçãoAnti-estagnação
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ConclusãoConclusão
Tendência de miniaturizaçãoTendência de miniaturização
Controle distribuído torna sistema robustoControle distribuído torna sistema robusto
Muitas situações tornam o uso de Muitas situações tornam o uso de coordenadas absolutas desnecessáriascoordenadas absolutas desnecessárias
Simulação é um `mal necessário´Simulação é um `mal necessário´