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Título: Decisão consensual em sistemas multirrobôs
Título(s) alternativo(s): Consensual decision in multirobot systems
Autor(es): Kalempa, Vivian Cremer
Orientador(es): Oliveira, Andre Schneider de
Palavras-chave: Robôs industriais
Localização de falhas (Engenharia)
Sistemas de controle inteligente
Logística
Sistemas difusos
Internet das coisas
Robots, Industrial
Fault location (Engineering)
Intelligent control systems
Logistics
Fuzzy Systems
Internet of things
Data do documento: 14-Dez-2021
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: KALEMPA, Vivian Cremer. Decisão consensual em sistemas multirrobôs. 2021. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2021.
Resumo: Os sistemas multirrobôs (em inglês, Multi-Robot System – MRS) são geralmente utilizados para aumentar a eficiência das aplicações de fábricas inteligentes. Um MRS é um sistema no qual dois ou mais robôs trabalham para o mesmo objetivo de forma coordenada ou cooperativa. Essa cooperação entre os multirrobôs tem como objetivo completar múltiplas tarefas paralelamente, o que seria inatingível para um único robô. Além disso, esse comportamento coletivo melhora o desempenho, capacidade e a robustez da realização de tarefas. Um MRS também apresenta flexibilidade, uma vez que se mais tarefas precisam ser atendidas, o grupo pode ser aumentado. Outra vantagem de se trabalhar com MRS é que não há um único ponto de falha no sistema. Assim, caso um robô apresente falha, outro robô do MRS pode assumir a sua tarefa. Porém, é preciso elaborar um plano caso falhas ocorram em alguns robôs, para que haja a sua substituição por outro em condições aceitáveis. Nessa tese, esse comportamento é denominado de resiliência à falha, ou seja, a capacidade de um sistema de se recuperar e continuar as suas operações, apesar das falhas do sistema. Nesse sentido, essa tese tem como finalidade gerar soluções para gerenciar o comportamento coletivo de sistemas multirrobôs em fábricas inteligentes para obtenção de resiliência à falha. Assim, um mecanismo resiliente à falha, baseado em consenso, denominado Comportamento Consensual Resiliente à Falha (em inglês, Consensual FaultResilient Behaviour – CFRB) é apresentado. O CFRB é metodizado em três planos hierárquicos: imposição, negociação e consensual. A restauração de falhas é consequência do comportamento coletivo administrado por meio da decisão ternária nestes planos. A abordagem contribui para melhorias de produção em fábricas inteligentes, onde multirrobôs autônomos são empregados para melhorar a confiabilidade e robustez na ocorrência de falhas. A avaliação do CFRB é realizada por meio de experimentação em logística de armazém em pequena escala, denominada Realidade Aumentada para Experimentação Aprimorada em Armazéns Inteligentes (em inglês, Augmented Reality to Enhanced Experimentation in Smart Warehouses – ARENA). Experimentos foram conduzidos para mostrar os benefícios das soluções propostas, bem como uma análise quantitativa. Além disso, o CFRB foi comparado com outras abordagens atuais e os resultados são apresentados, demonstrando sua eficiência.
Abstract: Multi-robot systems (MRS) are generally used to increase the efficiency of smart factories applications. A MRS is a system where two or more robots work in a coordinated or cooperative way with the same goal. This cooperation between multi robots aims to complete multiple tasks in parallel, unattainable for a single robot. In addition, this collective behavior improves the performance, capability, and robustness of task completion. An MRS also presents flexibility since the group can be increased if more tasks need to be attended to. Another advantage of working with MRS is that there is no single point of failure in the system. Thus, if one robot fails, another MRS robot can take over its task. However, it is necessary to draw up a plan in case failures occur in some robots to be replaced by another in acceptable conditions. In this thesis, this behavior is called fault resilience, that is, the ability of a system to recover and continue its operations, despite system failures. In this sense, this thesis aims to generate solutions to manage the collective behavior of multi-robot systems in smart factories to obtain resilience to failures. Thus, a consensus-based, fault-resilient mechanism called Consensual Fault-Resilient Behavior (CFRB) is presented. CFRB is methodized in three hierarchical plans: imposition, negotiating, and consensus. The fault restoration is a consequence of collective behavior managed through the ternary decision in these plans. The approach contributes to production improvements in smart factories, where autonomous multi-robots are employed to improve reliability and robustness in the occurrence of failures. The evaluation of CFRB is performed through experimentation in small-scale warehouse logistics, referred to as Augmented Reality to Enhanced Experimentation in Smart Warehouses (ARENA). Experiments were conducted to show the benefits of the proposed solutions as well as quantitative analysis. In addition, the CFRB was compared with other current approaches, and the results are presented, demonstrating its efficiency.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/27084
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