CoopExp – Cooperative Multi Robot Exploration
Rui Miguel Pires Carvalho · Portuguese National Funding Agency for Science, Research and Technology (RCAAP Project by FCT) · 2016
Ao longo dos anos tornou-se percetível a crescente influência da robótica no domínio humano, com evidências que vão desde aplicações industriais, espaciais e medicinais, bem como ferramenta de auxílio em ambientes adversos e em tarefas do quotidiano. Muitas destas aplicações requerem a utilização de uma equipa de vários robôs móveis cooperantes - Sistemas Cooperativos Multi-Robô (SCRC) - quer para tornar viável a execução de certas tarefas, quer para melhorar o desempenho obtido com apenas um robô. Apesar da capacidade de cooperação ser inata ao Homem, no domínio robótico apresenta uma série de novos desafios: a comunicação, o sincronismo da informação obtida e a fusão dessa mesma informação. Quando a cooperação entre múltiplos robôs é aplicada num contexto de exploração os desafios são acrescidos. É fundamental ter em consideração os custos e a utilidade dessa mesma exploração. Esta dissertação pretende apresentar uma solução à problemática supracitada. Para tal foi desenvolvido um método capaz de atribuir a diferentes robôs comportamentos cooperativos com a finalidade de explorar um ambiente, seguindo uma filosofia de “dividir para conquistar”. O CoopExp, pacote com o algoritmo de exploração, foi desenvolvido segundo uma metodologia distribuída com o intuito de aumentar a resistência a falhas individuais dos agentes de exploração. Foi assim criado um método capaz de calcular os custos implicados, de forma mais rápida e eficiente. Foi ainda estabelecida uma abordagem da utilidade de exploração, baseada num compêndio de técnicas descritas na literatura. O desenvolvimento deste tipo de programas era praticamente impossível sem serem realizados testes ao seu funcionamento. Na inexistência de um simulador para este tipo de operações foi desenvolvido o ARENA (cooperAtive multi Robot frontiEr exploratioN simulAtor). Este é composto por um conjunto de novos pacotes especificamente desenvolvidos para a identificação de fronteiras (aap_frontiers) e para a otimização da simulação, através de simplificações no processo de obtenção dos mapas (aap_mapping) e posterior combinação dos mesmos, originando o mapa global (aap_map_merger). Estas soluções foram validadas através de testes em simulação, recorrendo a unidades móveis equipadas com um LRF (Laser Range Finder). Testes esses que demonstraram a diminuição do tempo de exploração quando é aumentado o número de robôs, apresentando um desempenho adequado tanto em termos de escalabilidade como de eficiência na exploração. Foi ainda realizada, com sucesso, a exploração com uma equipa de robôs reais que comunicam através de uma rede sem fios, de forma a validar o funcionamento prático deste projeto.