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Título: Sistema multirrobô para exploração de ambientes desconhecidos utilizando controladores fuzzy
Título(s) alternativo(s): Multi-robot system for unknown environments exploration using fuzzy controllers
Autor(es): Souza, Lucas Botoni de
Orientador(es): Mendonca, Marcio
Palavras-chave: Robótica
Robôs móveis
Mapas cognitivos (Psicologia)
Robotics
Mobile robots
Cognitive maps (Psychology)
Data do documento: 11-Mar-2020
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Cornelio Procopio
Citação: SOUZA, Lucas Botoni de. sistema multirrobô para exploração de ambientes desconhecidos utilizando controladores fuzzy . 2020. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Cornélio Procópio, 2020.
Resumo: Uma das utilizações dos Sistemas Multirrobôs (SMR) está em operações de salvamento de vítimas. O principal desafio encontrado por equipes de salvamento em desastres é o tempo de resposta. As chances de encontrar sobreviventes diminuem significativamente com o tempo e reduzidas drasticamente após 48 horas. Nesse sentido, a motivação deste trabalho é apresentar um SMR inspirado nos conceitos de robótica de enxame para resgate de vítimas em ambientes desconhecidos. Neste caso, os robôs não possuem conhecimento dos limites da área de busca e obstáculos, conhecendo apenas o número de vítimas a serem resgatadas como critério de parada para os experimentos simulados no Matlab®. Para isso, três abordagens que herdam os principais aspectos da lógica Fuzzy são utilizadas com base em trabalhos anteriores: um controlador lógico Fuzzy (FLC), um controlador baseado em um Mapa Cognitivo Fuzzy Dinâmico (DFCM) e um DFCM inspirado na metaheurística de Otimização por Colônia de Formigas (DFCM-ACO). A tarefa proposta simula operações de resgate de desastres na vida real, ou mesmo humanos perdidos em ambientes desconhecidos, como florestas. As simulações foram realizadas em três ambientes, a fim de testar a robustez global contra situações imprevisíveis, autonomia, área explorada e tempo de processamento computacional para as três abordagens, usando uma arquitetura reativa baseada em subsunção. Em geral, os resultados sugerem que as abordagens SMR baseadas em DFCM são capazes de concluir as tarefas propostas consumindo menos tempo de processamento, com os robôs percorrendo menores distâncias para explorar uma quantidade semelhante a área da abordagem FLC, com o DFCM-ACO apresentando resultados equilibrados entre as técnicas: a princípio é mais eficiente, porém é mais complexo computacionalmente que o DFCM. Finalmente, um protótipo inicial para utilização em experimentos reais é apresentado, assim como trabalhos futuros são endereçados.
Abstract: One of the application fields of Multi-Robot Systems (MRS) is within victim rescue operations. The main challenge faced by disaster rescue teams is response time. The chances of finding survivors decrease significantly over time and dramatically decrease after 48 hours. In this context, the motivation of this work is to present an MRS inspired by the concepts of swarm robotics to rescue victims in unknown environments. In this case, the robots are unaware of the search area boundaries and obstacles, knowing only the number of victims to be rescued as a stopping criterion for the simulation made in Matlab®. Therefore, three approaches inheriting the main aspects of fuzzy logic are used based on previous works: a fuzzy logic controller (FLC), a dynamic fuzzy cognitive map (DFCM) controller, and a DFCM inspired by the ant colony optimization metaheuristic (DFCM-ACO). The proposed task simulates real life disaster rescue operations, or even humans lost in unfamiliar environments such as forests. The simulations were performed in three environments in order to test the overall robustness against unpredictable situations, autonomy, explored area and computer processing time for the three approaches using a subsumption-based reactive architecture. In general, the results suggest that the DFCM-based MRS approaches are able to complete the tasks consuming less processing time, with robots travelling shorter distances to explore a similar environment to the FLC approach and with the DFCM-ACO presenting balanced results between the other techniques: at first it is more efficient, but it is more computationally complex than the DFCM. Finally, future works are outlined.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/5431
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