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Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Coordenação de times de robôs baseada em mapas descentralizados de feromônio repulsivo e regras locais de autômatos celulares
Alternate title (s): Coordination of robot teams based on decentralized maps of repulsive pheromone and local rules of cellular automata
Coordinación de equipos de robots basados en mapas descentralizados de feromona repulsiva y reglas locales de autómatas celulares
Author: Tinoco, Claudiney Ramos
First Advisor: Oliveira, Gina Maira Barbosa de
First member of the Committee: Carneiro, Murillo Guimarães
Second member of the Committee: Romero, Roseli Aparecida Francelin
Summary: Este trabalho investiga um modelo bioinspirado para a coordenação de enxames de robôs, com foco nas tarefas de vigilância e exploração de ambientes. Dentre as estratégias bioinspiradas empregadas no modelo proposto, destacamos o sistema inverso de formigas e os autômatos celulares. A decisão do próximo movimento dos robôs é realizada com o auxílio do feromônio repulsivo, que permite a busca por áreas não visitadas recentemente, e da modelagem por regras de autômatos celulares, que permitem uma decisão local baseada nas informações da vizinhança de cada robô. O modelo apresenta uma nova modelagem do feromônio repulsivo, que viabiliza a descentralização das decisões de navegação. Nessa modelagem, cada robô mantém um mapa independente de feromônio, que é atualizado continuamente a cada movimento pelo próprio robô, tanto no depósito quanto na evaporação do feromônio. Além disso, o mapa individual de feromônio é atualizado eventualmente, a partir da troca de mensagens com outros robôs que estejam trafegando em regiões próximas. Assim, os mapas individuais e independentes substituem a necessidade de se utilizar um ambiente inteligente que mantenha a informação do feromônio distribuída, o que nem sempre é viável. Ou ainda, elimina a demanda por um elemento centralizador que armazene um mapa global e que precise se comunicar com todo o enxame constantemente. O modelo proposto foi avaliado através de um software de simulação de agentes, implementado na linguagem C pelo autor, e na plataforma de simulação robótica Webots. Experimentos foram executados buscando validar o modelo proposto em diferentes ambientes, com formas e tamanhos distintos, bem como variando o número de robôs que compõem o enxame. A análise dos resultados obtidos mostrou que o modelo foi capaz de realizar a coordenação descentralizada do time, com um bom desempenho dos robôs na execução da tarefa de vigilância.
Abstract: This work investigates a bioinspired model for swarm robotics coordination, focusing on the surveillance task and environmental exploration. Among the bioinspired strategies employed in the proposed model, we highlight the inverse ant system and the cellular automata. The decision related to the robot’s next move is made with the aid of the repulsive pheromone, which allows the search for regions that have not been recently visited, and the modelling by cellular automata rules, that allows a local decision based on the neighbourhood information for each robot. The model presents a new repulsive pheromone modelling, which enables the decentralization of navigation decisions. In this model, each robot maintains an independent pheromone map, which is continuously updated with the robot’s move itself, both in the deposit and in the evaporation of the pheromone. In addition, the individual pheromone map is eventually updated by exchanging messages with other robots that are exploring in nearby regions. Thus, individual and independent maps replace the need for using an intelligent environment that distributes the pheromone information, which is not always feasible. Besides, it eliminates the demand for a centralizing agent that stores a global map and needs to communicate with the entire swarm constantly. The proposed model was evaluated through an agent simulation software, implemented in the C programming language by the author, and in the Webots robotics simulation platform. Experiments were carried out to validate the proposed model in different environments, with different shapes and sizes, as well as varying the number of robots in the swarm. The analysis of the results showed that the model was able to perform the decentralized coordination of the team, with a good performance of the robots when executing the surveillance task.
Keywords: Robótica de enxame
Computação
Tarefa de vigilância
Robótica
Autômatos celulares
Autômatos celulares
Colônia de formigas
Swarm robotics
Ants colony systems
Cellular automata
Surveillance task
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Ciência da Computação
Quote: TINOCO, Claudiney Ramos. Coordenação de times de robôs baseada em mapas descentralizados de feromônio repulsivo e regras locais de autômatos celulares. 2019. 123 f. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2019. Disponível em: http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2019.325
Document identifier: http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2019.325
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/24430
Date of defense: 22-Jan-2019
Appears in Collections:DISSERTAÇÃO - Ciência da Computação

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