Robôs Autómatos

- Sistema de Mecos Autómatos

Realizado por:

Armando Cavaleiro 27615

Tiago Roque 28255

Universidade de Aveiro Sistemas de Tempo Real

AbordagensAbordagens

- Performance e organização do sistema como um todo.

- Meco mestre, o foreman.

- Planeamento do caminho e controlo da velocidade.

- Tarefas do Sistema.

- Problemas/Soluções no escalonamento.

- Conclusões.

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Organização do SistemaOrganização do Sistema

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- Sistema dividido em dois níveis de controlo:

Controlo Global - Robôt líder, o “foreman”.

Controlo Local - Robôts slaves, os RSMs.

- O foreman localiza cada RSMs subordinado, decide as rotas a percorrer, comunica os pontos de destino e controla a performance do sistema.

- Os RSMs desempenham apenas tarefas locais e não sabem da existência uns dos outros.

O O foremanforeman

- Unidade Mãe - Processamento central (Windows CE).

- Unidade de Alimentação - Baterias 12V e conversores DC-DC.

- Unidade de Comunicação - Comunica os pontos de destino e ordens aos RSMs.

- Unidade de Sonar - 24 sensores que cobrem 360º para detecção de obstáculos até 7,25m.

- Unidade de Motor - Motores que movimentam os mecos.

- Unidade de Localização - Um laser com 32m de alcance para detectar e localizar os vários RSMs.

- Unidade Sensor - Um microprocessador, 4 encoders e um giroscópio. Serve para o foreman saber a sua localização.

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Planeamento da TrajectóriaPlaneamento da Trajectória

O foreman:

- Executa o sonar determinando a distância dos objectos.

- Calcula a velocidade e trajectória em função destes dados.

- A velocidade do foreman depende da distância máxima a que são detectados os objectos e a velocidade de aquisição e processamento dos dados do sonar.

Dmáx

Zona 1 Zona 2

Zona 1’ Zona 1’’ Zona 2’’

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Planeamento da TrajectóriaPlaneamento da Trajectória

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Os RSMs:

- Recebem os pontos para os quais se devem deslocar, através do foreman.

- Calculam localmente a trajectória a seguir.

- As suas posições são controladas continuamente pelo foreman.

O foreman usa um algoritmo preditivo para prever a trajectória de cada RSM, e controlar as suas posições.

O foreman precisa de saber onde é que cada RSM vai estar no próximo período de amostragem e com que velocidade é que este se deslocou de modo a permitir o cálculo do erro cometido, que é usado para correcção das próximas localizações.

Os algoritmo de predição é usado pelo foreman porque os RSMs não sabem onde estão a cada momento, uma vez que estes não possuem qualquer mecanismo de localização.

Tarefas do SistemaTarefas do Sistema

Detecção de Objectos e Controlo de Velocidade

- 24 tarefas que fazem o “ping” dos sensores de detecção de obstáculos.

- 24 tarefas que recebem o sinal proveniente dos sensores.

- 1 tarefa de planeamento de trajectória e controlo de velocidade.

Detecção e Controlo dos RSM

- Scanning dos RSM.

- Detecção.

- Predição das posições dos RSM.

- Planeamento.

- Envio da informação para os RSMs.

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Problemas no escalonamentoProblemas no escalonamento

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- Problemas surgem devido à sobrecarga de operações:

- Executar um scan com os 24 sensores.

- Detectar obstáculos.

- Calcular as trajectórias/velocidade.

- Enviar os pontos de destino aos RSMs.

- Monitorizar a localização de cada RSMs.

- Monitorizar a performance do sistema.

Problemas no escalonamentoProblemas no escalonamento

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Devido ao elevado número de tarefas que o sistema possui, em ambientes com um grande número de obstáculos ou sistemas com muitos RSM, podemos obter condições de sobrecarga.

O tempo de execução do algoritmo de predição é determinístico, uma vez que é composto por um número finito de instruções de cálculo. O cálculo é feito para cada RMS.

A utilização do processador por esta tarefa é dada por:

L

nRMSWCET

)(

WCET- Tempo máximo de execução da tarefa (3.8ms x n)

ρL – Período de Scanning

Problemas no escalonamentoProblemas no escalonamento

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Deste facto pode-se depreender que:

- Para um aumento da precisão de localização dos RSMs teremos uma

diminuição do período de scaning que conduz a um aumento de

utilização do processador.

- Para o aumento do número de RSMs teremos um aumento do WCET que conduz também a um aumento de utilização do processador.

Soluções:

- Reduzir a velocidade do foreman.

- Reduzir o número de RSMs subordinados ao foreman.

- Reduzir a exactidão de posicionamento exigido para os RSMs.

ConclusãoConclusão

- Sistemas que possuam um grande número de tarefas são propícios a terem condições de sobrecarga. O projecto do sistema deverá contemplar, portanto, as condições de pior caso.

- Deve existir sempre um compromisso entre as grandezas que queremos obter. Neste caso específico, não é possível obtermos a velocidade máxima do foreman e a melhor precisão possível para a localização dos RSM, devido ao facto de levar a uma sobrecarga do sistema.

- Sistema tipicamente de tempo-real. Tarefas como a leitura dos sonares, posicionamento dos RSM devem ser feitas dentro de um intervalo de tempo tal, que permita obter valores válidos e em tempo util.

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BibliografiaBibliografia

• Alaapos Qadi Goddard, S. Jiangyang Huang Farritor, S., “A performance and schedulability analysis of na autonomous mobile robor”, Proceedings of the 17th Euromicro Conference on Real-Time Systems, 2005