Robôs Autómatos
- Sistema de Mecos Autómatos
Realizado por:
Armando Cavaleiro 27615
Tiago Roque 28255
Universidade de Aveiro
Sistemas de Tempo Real
Abordagens
- 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 Sistema
- 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.
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O foreman
- 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 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.
Zona 1
Zona 2
Zona 1’’
Zona 1’
Zona 2’’
Dmáx
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Planeamento da Trajectória
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.
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Tarefas 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 escalonamento
- 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.
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Problemas no escalonamento
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:
WCET (nRMS )
L
WCET- Tempo máximo de execução da tarefa (3.8ms x n)
ρL – Período de Scanning
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Problemas no escalonamento
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.
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Conclusão
- 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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Bibliografia
• 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