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Title: Comportamento coletivo de enxames de robôs com restrições de distâncias.
Other Titles: Collective behavior of robot swarms with restrictions on distances.
???metadata.dc.creator???: MENDIBURU, Fernando Javier.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: LIMA, Antonio Marcus Nogueira.
???metadata.dc.contributor.advisor2???: MORAIS, Marcos Ricardo de Alcântara.
???metadata.dc.contributor.referee1???: BORGES, Geovany Araújo.
???metadata.dc.contributor.referee2???: CONCEIÇÂO, André Gustavo Scolari.
???metadata.dc.contributor.referee3???: ROCHA NETO, José Sérgio da.
???metadata.dc.contributor.referee4???: PERKUSICH, Angelo.
Keywords: Robótica de enxame;Projeto automático de controladores;Restrições de distâncias;Swarm robotics;Automatic controller design;Distance restrictions
Issue Date: 22-Apr-2019
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: MENDIBURU, Fernando Javier.Comportamento coletivo de enxames de robôs com restrições de distâncias. 2019. 206 fl. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica), Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Centro de Engenharia Elétrica e Informática, Universidade Federal de Campina Grande - Paraíba - Brasil, 2019.
???metadata.dc.description.resumo???: Nesta tese é abordado o problema de restrições de distâncias no contexto de comporta- mento coletivo em enxames de robôs. São propostas duas novas especializações do projeto automático de controlador individual de cada robô: uma especialização modular e outra monolítica. O objetivo destas novas especializações é projetar o controlador individual de cada robô para produzir o comportamento coletivo do enxame, no qual deve ser mantida distâncias específicas entre os robôs. Abordagens de síntese automática em enxames de robôs, anteriormente propostas na bibliografia, não consideram explicitamente estas restrições de distâncias na especialização do método. O método modular modifica o controlador de baixo nível do robô para permitir o controle de velocidade linear e angular do mesmo. Por sua vez, é incluído um novo comportamento individual, chamado formar. Este comportamento, projetado com a teoria de campos potenciais artificiais, permite incluir a restrição de distância num controlador modular baseado em comportamentos. O comportamento formar permite o ajuste das interações entre os robôs para produzir o comportamento coletivo de coesão do enxame. O método monolítico adiciona o mesmo comportamento formar num controlador em forma de rede neuronal sem nós ocultos. Foi realizado um estudo comparativo, em simulação, dos principais métodos automáticos apresentados na bibliografia que abordam tarefas coletivas com restrições de distâncias. Por sua vez, esses métodos foram comparados com as especializações propostas nesta tese: o método modular e o método monolítico. Os métodos foram comparados em simulação e com robôs físicos em três tarefas de robótica de enxame, utilizando 20 robôs e-puck. Dos resultados observados se conclui que os métodos de projeto automático presentes na bibliografia, assim como também o método monolítico proposto nesta tese, não conseguiram favorecer a obtenção de comportamentos coletivos relevantes de coesão entre os robôs do enxame. Porém, no método modular, se conclui que as restrições introduzidas produzem comportamentos coletivos relevantes com coesão e o desempenho dos controladores projetados é significativamente superior aos obtidos com outros métodos presentes na bibliografia.
Abstract: In this thesis is addressed the problem of spatially organize behaviors in the context of automatic design of software controllers for swarm robots. Two new specializations are proposed for the automatic design of software controller of each robot: modular and monolithic specialization. The purpose of these new specializations is designing the individual controller of each robot to produce the swarm collective behavior in which specific distances among robots must be maintained. Automatic design methods for software controllers in swarms of robots, previously proposed in the bibliography, do not explicitly consider these distance restrictions in the specialization of the method. The modular method modifies the robot’s low-level controller to allow linear and angular velocity control of the robot. Also, a new individual behavior is included in each robot, called formation. This behavior, designed using the artificial potential theory, allows to include distance constraints in a behavior-based controller. The formation behavior allows the adjustment of the interactions among robots to produce the collective behavior of the swarm. The monolithic method adds the same formation behavior in a neural network architecture without hidden nodes. We carry out experiments in simulation of the main automatic design methods presented in the bibliography that deal with collective tasks and distance restrictions. Also, these methods were compared with the specializations proposed in this thesis: the modular method and the monolithic method. These methods were compared in simulation and real robots in three swarm robotic tasks, using 20 e-puck robots. From the observed results, it can be concluded that the automatic design methods presented in the bibliography, as well as the monolithic method proposed in this thesis, failed to produce relevant collective behaviors and cohesion among robots. However, in the modular method, it is concluded that the introduced constraints produce cohesion and relevant collective behaviors and the performance of the designed controllers is significantly better than those obtained with methods present in the bibliography.
Keywords: Robótica de enxame
Projeto automático de controladores
Restrições de distâncias
Swarm robotics
Automatic controller design
Distance restrictions
???metadata.dc.subject.cnpq???: Engenharia Elétrica
URI: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/27047
Appears in Collections:Doutorado em Engenharia Elétrica.

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