CAPP: Cellular Automata Path Planning - Robotics Controller

IDENTIFICADOR: 399 | DATA: 12-08-2021
3560

SETOR ECONÔMICO:

Elétrico e Eletroeletrônicos

Software e Tecnologia da Informação

Veículos

Serviços

Microeletrônica

Automação Industrial


BREVE DESCRIÇÃO:

Vigilância é uma tarefa canônica para a robótica, portanto, é uma das atividades mais populares para uma ampla gama de problemas para robôs. A complexidade do problema aumenta proporcionalmente com o número de cômodos, pois o robô deve atuar evitando obstáculos, economizando tempo e energia. Os algoritmos propostos empregam uma combinação de diferentes técnicas de busca para controlar um robô durante uma tarefa de vigilância. Nossa inspiração veio da possibilidade de usar um modelo discreto empregando um autômato celular combinado com diferentes abordagens heurísticas, incluindo a otimização de pesquisa A*. Então, para resolver problemas de colisão, uma regra de autômato celular é usada na expansão de obstáculos, para um caminho livre de colisão. Resultados de simulação e experimentais indicam que este controlador de vigilância, aqui denominado CAPP: Cellular Automata Path Planning, pode ser implementado em arquiteturas de baixo custo de forma simplificada.


PROBLEMA QUE SOLUCIONA:

O sistema CAPP pode ser embarcado em arquiteturas robóticas de diferentes tipos, tais como, drones, robôs móveis e robôs humanoides, cujo objetivo é fazer o patrulhamento do ambiente, enquanto caminha seguindo a menor rota possível. Nesse contexto, os usuários principais do software podem ser empresas interessadas em controle e automação que envolvam o cálculo de caminhos com menor rota. O controlador CAPP pode ser embarcado diretamente no hardware que fará o controle dessa automação.


SOLUÇÃO APRESENTADA:

A solução apresentada foi a utilização de uma discretização de um ambiente contínuo em uma malha ou smart grid, que denominamos em nosso trabalho de reticulado de um autômato celular. A partir dessa discretização, o controlador permite a configuração de diferentes tipos de vizinhanças de autômatos celulares (Moore e Von Neumann) com combinações de heurísticas do A* (Manhattan e Euclidiana) que servem para o cálculo da menor rota para a vigilância.


PRINCIPAIS VANTAGENS E BENEFÍCIOS:

O CAPP é ideal para ser embarcado em arquiteturas robóticas, por consumir menos recursos computacionais. Assim, apresenta seu cenário ideal de aplicação em hardware de baixo custo, podendo ser extremamente lucrativo ao solucionar as tarefas atribuídas. A solução foi inclusive testada em um simulador denominado V-REP para verificar a aplicabilidade do modelo em uma arquitetura robótica denominada e-Puck, robô móvel de baixo custo.


POTENCIAIS E APLICAÇÕES:

A principal aplicação está concentrada na área de automação industrial, pode ser empregado em planejamento de trajetórias de robôs, GPS, carros e drones de forma autônoma. O software tem como principal aplicação a utilização de um algoritmo de controle que calcula o menor caminho a ser percorrido em um tempo computacional otimizado. Além disso, o software soluciona o problema de encontrar o menor caminho entre pontos de um mapa, utilizando-se da combinação de estratégias de inteligência artificial: o algoritmo AStar (A*) com diferentes heurísticas juntamente com abordagens diferentes vizinhanças de Autômatos Celulares.


INFORMAÇÕES ADICIONAIS:

LOPES, H. J. M.; LIMA, D. A. Cellular Automata in path planning navigation control applied in surveillance task using the e-Puck architecture In: The 2020 IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics (IEEE SMC), 2020, Toronto, ON, Canada. Proceedings of The 2020 IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics (IEEE SMC). New York, NY, United States: Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) Systems, Man, and Cybernetics Society, 2020. v.6. p.1117 - 1122


TITULARES:

INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO TRIÂNGULO MINEIRO - IFTM


NÚMERO DO PROCESSO DO INPI:

BR512020002206-5


INFORMAÇÕES PARA CONTATO:

danielli@iftm.edu.br


LINKS ÚTEIS:

Acesse o registro do programa de computador na íntegra aqui.

https://youtu.be/hcuP3Hz3p10