Sistema de controle híbrido para robôs móveis autônomos

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DATA DE PUBLICAÇÃO

2002

RESUMO

Neste trabalho foi desenvolvido um sistema de controle robusto para robôs móveis autônomos que é capaz de operar e de se adaptar a diferentes ambientes e condições. Para isso foi proposta uma arquitetura de controle híbrida (COHBRA), integrando as duas principais técnicas de controle robótico (controle deliberativo e controle reativo). Esta arquitetura de controle utiliza uma abordagem de três camadas para integrar uma camada vital (controle reativo), uma camada funcional (seqüenciador) e uma camada deliberativa (controle deliberativo). A comunicação entre as diversas camadas é realizada através de uma área de memória compartilhada, inspirada na abordagem Blackboard. A arquitetura de controle possui um esquema de múltiplas representações internas do ambiente: representação poligonal, representação matricial e representação topológica / semântica. O sistema de controle desenvolvido tem a capacidade de navegar em um ambiente dinâmico, desviando tanto de obstáculos estáticos como de obstáculos móveis imprevistos. A camada deliberativa utiliza o algoritmo A* para calcular um plano até o objetivo, evitando os obstáculos conhecidos presentes no mapa do ambiente. A camada vital utiliza uma série de comportamentos reativos para guiar o robô até o seu objetivo, e ao mesmo tempo evitar colisões com obstáculos estáticos e móveis. A camada funcional tem como principal função integrar a camada vital e a camada deliberativa, fornecendo parâmetros para os comportamentos da camada vital com base no plano calculado pela camada deliberativa. A camada funcional também possui módulos que monitoram o ambiente e adaptam o mapa no caso de uma alteração do ambiente ser percebida. Para garantir a robustez da arquitetura de controle, foi integrado um módulo localizador. O sistema de controle implementa a técnica de localização Monte Carlo. O módulo localizador é capaz de localizar o robô no ambiente utilizando as informações sensoriais e um mapa. O localizador é capaz de manter uma estimativa de posição correta quando a localização inicial é conhecida (localização local), é capaz de estimar uma posição global quando não se dispõe de informações sobre a posição inicial do robô móvel (localização global), e também possui a capacidade de detectar uma estimativa de posição incorreta e se relocalizar no ambiente (relocalização). Através da utilização de um filtro de distância, é possível se localizar inclusive em um ambiente dinâmico. Este módulo localizador possui um papel de destaque no sistema de controle, fornecendo uma base sólida para o controle e navegação do robô móvel autônomo. Para a validação do sistema de controle proposto, foi implementado um simulador de robôs móveis (SimRob3D) que permite a utilização de modelos de ambiente tridimensionais, bem como diversos modelos sensoriais e cinemáticos. Para a visualização tridimensional do ambiente é utilizada a biblioteca OpenGL. O ambiente pode ser alterado em tempo real, e é possível a utilização de objetos móveis que seguem trajetórias predefinidas. É possível utilizar a cinemática Ackerman ou a cinemática diferencial, e sensores tais como: encoder, sonar, laser e infravermelho. Os resultados de diversos experimentos realizados demonstraram a robustez da arquitetura proposta em tarefas de localização local, localização global, relocalização e navegação na presença de obstáculos estáticos e/ou móveis imprevistos.

ASSUNTO(S)

ciencia da computacao robótica arquitetura de controle robótico robotic control architecture localização e navegação robótica intelligent robotics robótica inteligente robótica inteligente robotic localization and navigation robótica móvel autônoma inteligência artificial artificial intelligence robótica móvel autônoma autonomous mobile robots

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