Mecanismo de leilão descentralizado para atribuição de tarefas colaborativas em um sistemas multirrobô

• Autor(a) principal: Nakashima, Renan Taizo
• Data de Publicação: 2020
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
• Texto Completo: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/5277
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::ELETRONICA INDUSTRIAL, SISTEMAS E CONTROLES ELETRONICOS::AUTOMACAO ELETRONICA DE PROCESSOS ELETRICOS E INDUSTRIAIS; CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::ELETRONICA INDUSTRIAL, SISTEMAS E CONTROLES ELETRONICOS::AUTOMACAO ELETRONICA DE PROCESSOS ELETRICOS E INDUSTRIAIS; Robôs - Sistemas de controle; Robôs - Sistemas de controle; Robôs móveis - Controle automático; Robôs móveis - Controle automático; Sistemas multiagentes; Sistemas multiagentes; Leilões - Modelos matemáticos; Leilões - Modelos matemáticos; Algoritmos; Algoritmos; Processamento eletrônico de dados - Processamento distribuído; Processamento eletrônico de dados - Processamento distribuído; Sistemas de controle inteligente; Sistemas de controle inteligente; Robots - Control systems; Robots - Control systems; Mobile robots - Automatic control; Mobile robots - Automatic control; Multi-agent systems; Multi-agent systems; Auctions - Mathematical models; Auctions - Mathematical models; Algorithms; Algorithms; Electronic data processing - Distributed processing; Electronic data processing - Distributed processing; Intelligent control systems; Intelligent control systems; Engenharia Elétrica; Engenharia Elétrica

Os sistemas multirrobôs têm recebido atenção considerável nos últimos anos, devido à sua eficiência para resolver problemas complexos através da divisão de tarefas com atuação colaborativa. Esta classe de sistema robótico encontra aplicações que vão desde atividades cotidianas a atividades críticas e de alto risco, como busca por sobreviventes de desastres naturais ou vigilância e monitoramento de ambientes. A eficiência de tais sistemas depende diretamente da qualidade do compartilhamento e alocação de tarefas entre os agentes que o compõem. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma solução inspirada em paradigmas de mercado, a partir de um mecanismo de leilão, para o problema da alocação de tarefas em um sistema multirrobô. O sistema proposto considera que as tarefas possuem pré-requisitos, podendo exigir dos robôs uma ou mais habilidades, e só podem ser concluídas se todos os pré-requisitos forem atendidos. Cada robô pode possuir somente uma única habilidade, de forma que os robôs devem formar coalizões para concluir tarefas que exigem mais de uma habilidade. O sistema possui a premissa de ser totalmente distribuído e descentralizado. O processamento computacional exigido para coordenar um leilão é distribuído entre os robôs em rodadas, onde cada robô deverá atuar como leiloeiro em seu turno. O cálculo do valor dos lances é realizado em função de um conjunto de fatores, os quais ponderam a importância de parâmetros do sistema, como distribuição de tarefas e distância do recurso leiloado. O sistema foi validado através de simulações computacionais em um cenário de busca e resgate, com ambiente parcialmente desconhecido, onde os robôs foram equipados com mecanismos de sensoreamento, mapeamento, exploração baseada em fronteiras, planejamento de trajetória, controle de navegação e desvio de obstáculos. O primeiro grupo de resultados valida o funcionamento do mecanismo de leilão de forma isolada em dois cenários distintos, variando o número de tarefas individuais, colaborativas e de robôs presentes no ambiente. O segundo grupo de resultados valida o funcionamento do sistema como um todo, de forma integrada. Os resultados demonstram um desempenho satisfatório do mecanismo proposto, permitindo que os robôs atuem colaborativamente na resolução do problema. Ainda, confirmou-se que a performance do sistema é parametrizável em função de constantes pré-definidas. Por fim, as simulações sugerem que o mecanismo de leilão é escalável. No entanto, mais testes são necessários para confirmar, efetivamente, a escalabilidade do sistema.