Auto-Organização entre Robôs
Móveis Cooperativos
Aluno: Hélcio B. de Mello
Professor: Markus Endler
1
Roteiro
Motivação
 Comportamento básico
 Auto-organização
 Cooperação
 Conclusão

2
Motivação

Uso de robôs cada vez mais freqüente
– Eficiência
– Precisão
– Segurança
– Economia
3
Motivação

Evolução científica
– Eletrônica
– Mecânica
– Ciência da Computação

Aplicações
– Resgate
– Exploração / Reconhecimento
– Militar
4
Motivação

Robô único x robôs múltiplos
– Tolerância a falhas
– Custo da produção em massa
– Limitações físicas
– Viabilidade tecnológica
5
Motivação

Controle centralizado x distribuído
– Tolerância a falhas
– Escalabilidade
– Simplicidade
– Paralelismo

Grupos homogêneos x heterogêneos
– Tolerância a falhas
– Custo da especialização
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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
7
Exemplo - Acidente de Trem

Robôs assumem formação
– Círculo / Retângulo
– Linha

Ajustar formação em caso de falhas

Movimento cooperativo para varrer área
8
Exemplos da Natureza

Sociedades de animais
– Cardumes




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.
9
Exemplos da Natureza

Cupins / formigas
– Construção de ninhos / formigueiros
– Caminho mais curto
– Presas mais recompensadoras
– Exploração de terreno
– Inexistência de comunicação direta
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Comportamento Básico
Arquitetura de subsumption
 Comportamentos de alta prioridade
suprimem os de baixa prioridade.
 Exemplo: Squirt

– Esconder-se nas sombras
– Seguir ruídos
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Subsumption - exemplo
12
Comportamento Básico

Posicionamento
– Absoluto x relativo


GPS
Sistema relativo de coordenadas
– Deslocamento em formações


Distribuição da cobertura dos sensores
Robôs preparados para ação imediata
13
Uso de Limiares

Vantagens
– Evita oscilação em torno do alvo
– Reduz impacto de erros de sensores
– Permite comportamentos suprimidos
emergirem (subsumption).

Exemplos
– Posicionamento
– Forças Virtuais
14
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
15
Limiar de Posicionamento
16
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.
17
Formações

Facilitam atingir objetivos
– Transporte coletivo


Carregar
Empurrar
– Cercar

Exemplos
– Circunferência / Círculo / Esfera
– Parabolóide de revolução
18
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
19
Formações Circulares

Círculo
– 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.
20
Formações Circulares
21
Parabolóide de Revolução
22
Parabolóide de Revolução

Sinalizadores marcam
– Foco
– Vértice

Robôs detectam as distâncias df e dv.

É suficiente conhecer parâmetro 2a.
23
Parabolóide de Revolução
24
Parabolóide de Revolução
Sempre
Se estiver sobre o parabolóide
25
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
26
Parabolóide de Revolução
27
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
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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
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Anti-estagnação
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Conclusão

Tendência de miniaturização

Controle distribuído torna sistema robusto

Muitas situações tornam o uso de
coordenadas absolutas desnecessárias

Simulação é um `mal necessário´
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