Decisão consensual em sistemas multirrobôs
Multi-robot systems (MRS) are generally used to increase the efficiency of smart factories applications. A MRS is a system where two or more robots work in a coordinated or cooperative way with the same goal. This cooperation between multi robots aims to complete multiple tasks in parallel, unattain...
| Autor principal: | Kalempa, Vivian Cremer |
|---|---|
| Formato: | Tese |
| Idioma: | Português |
| Publicado em: |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
2022
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| Assuntos: | |
| Acesso em linha: |
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/27084 |
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riut-1-270842022-02-12T06:06:02Z Decisão consensual em sistemas multirrobôs Consensual decision in multirobot systems Kalempa, Vivian Cremer Oliveira, Andre Schneider de https://orcid.org/0000-0002-8295-366X http://lattes.cnpq.br/4006878042502781 Oliveira, Andre Schneider de https://orcid.org/0000-0002-8295-366X http://lattes.cnpq.br/4006878042502781 Todt, Eduardo https://orcid.org/0000-0001-6045-1274 http://lattes.cnpq.br/9942240121225139 Fabro, Joao Alberto https://orcid.org/0000-0001-8975-0323 http://lattes.cnpq.br/6841185662777161 Magatao, Leandro https://orcid.org/0000-0002-6917-9753 http://lattes.cnpq.br/4652695720103701 Leitao, Paulo Robôs industriais Localização de falhas (Engenharia) Sistemas de controle inteligente Logística Sistemas difusos Internet das coisas Robots, Industrial Fault location (Engineering) Intelligent control systems Logistics Fuzzy Systems Internet of things CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::ELETRONICA INDUSTRIAL, SISTEMAS E CONTROLES ELETRONICOS::AUTOMACAO ELETRONICA DE PROCESSOS ELETRICOS E INDUSTRIAIS Engenharia Elétrica Multi-robot systems (MRS) are generally used to increase the efficiency of smart factories applications. A MRS is a system where two or more robots work in a coordinated or cooperative way with the same goal. This cooperation between multi robots aims to complete multiple tasks in parallel, unattainable for a single robot. In addition, this collective behavior improves the performance, capability, and robustness of task completion. An MRS also presents flexibility since the group can be increased if more tasks need to be attended to. Another advantage of working with MRS is that there is no single point of failure in the system. Thus, if one robot fails, another MRS robot can take over its task. However, it is necessary to draw up a plan in case failures occur in some robots to be replaced by another in acceptable conditions. In this thesis, this behavior is called fault resilience, that is, the ability of a system to recover and continue its operations, despite system failures. In this sense, this thesis aims to generate solutions to manage the collective behavior of multi-robot systems in smart factories to obtain resilience to failures. Thus, a consensus-based, fault-resilient mechanism called Consensual Fault-Resilient Behavior (CFRB) is presented. CFRB is methodized in three hierarchical plans: imposition, negotiating, and consensus. The fault restoration is a consequence of collective behavior managed through the ternary decision in these plans. The approach contributes to production improvements in smart factories, where autonomous multi-robots are employed to improve reliability and robustness in the occurrence of failures. The evaluation of CFRB is performed through experimentation in small-scale warehouse logistics, referred to as Augmented Reality to Enhanced Experimentation in Smart Warehouses (ARENA). Experiments were conducted to show the benefits of the proposed solutions as well as quantitative analysis. In addition, the CFRB was compared with other current approaches, and the results are presented, demonstrating its efficiency. Os sistemas multirrobôs (em inglês, Multi-Robot System – MRS) são geralmente utilizados para aumentar a eficiência das aplicações de fábricas inteligentes. Um MRS é um sistema no qual dois ou mais robôs trabalham para o mesmo objetivo de forma coordenada ou cooperativa. Essa cooperação entre os multirrobôs tem como objetivo completar múltiplas tarefas paralelamente, o que seria inatingível para um único robô. Além disso, esse comportamento coletivo melhora o desempenho, capacidade e a robustez da realização de tarefas. Um MRS também apresenta flexibilidade, uma vez que se mais tarefas precisam ser atendidas, o grupo pode ser aumentado. Outra vantagem de se trabalhar com MRS é que não há um único ponto de falha no sistema. Assim, caso um robô apresente falha, outro robô do MRS pode assumir a sua tarefa. Porém, é preciso elaborar um plano caso falhas ocorram em alguns robôs, para que haja a sua substituição por outro em condições aceitáveis. Nessa tese, esse comportamento é denominado de resiliência à falha, ou seja, a capacidade de um sistema de se recuperar e continuar as suas operações, apesar das falhas do sistema. Nesse sentido, essa tese tem como finalidade gerar soluções para gerenciar o comportamento coletivo de sistemas multirrobôs em fábricas inteligentes para obtenção de resiliência à falha. Assim, um mecanismo resiliente à falha, baseado em consenso, denominado Comportamento Consensual Resiliente à Falha (em inglês, Consensual FaultResilient Behaviour – CFRB) é apresentado. O CFRB é metodizado em três planos hierárquicos: imposição, negociação e consensual. A restauração de falhas é consequência do comportamento coletivo administrado por meio da decisão ternária nestes planos. A abordagem contribui para melhorias de produção em fábricas inteligentes, onde multirrobôs autônomos são empregados para melhorar a confiabilidade e robustez na ocorrência de falhas. A avaliação do CFRB é realizada por meio de experimentação em logística de armazém em pequena escala, denominada Realidade Aumentada para Experimentação Aprimorada em Armazéns Inteligentes (em inglês, Augmented Reality to Enhanced Experimentation in Smart Warehouses – ARENA). Experimentos foram conduzidos para mostrar os benefícios das soluções propostas, bem como uma análise quantitativa. Além disso, o CFRB foi comparado com outras abordagens atuais e os resultados são apresentados, demonstrando sua eficiência. 2022-02-11T19:21:24Z 2022-02-11T19:21:24Z 2021-12-14 doctoralThesis KALEMPA, Vivian Cremer. Decisão consensual em sistemas multirrobôs. 2021. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2021. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/27084 por openAccess http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Curitiba Brasil Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial UTFPR |
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Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
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Multi-robot systems (MRS) are generally used to increase the efficiency of smart factories applications. A MRS is a system where two or more robots work in a coordinated or cooperative way with the same goal. This cooperation between multi robots aims to complete multiple tasks in parallel, unattainable for a single robot. In addition, this collective behavior improves the performance, capability, and robustness of task completion. An MRS also presents flexibility since the group can be increased if more tasks need to be attended to. Another advantage of working with MRS is that there is no single point of failure in the system. Thus, if one robot fails, another MRS robot can take over its task. However, it is necessary to draw up a plan in case failures occur in some robots to be replaced by another in acceptable conditions. In this thesis, this behavior is called fault resilience, that is, the ability of a system to recover and continue its operations, despite system failures. In this sense, this thesis aims to generate solutions to manage the collective behavior of multi-robot systems in smart factories to obtain resilience to failures. Thus, a consensus-based, fault-resilient mechanism called Consensual Fault-Resilient Behavior (CFRB) is presented. CFRB is methodized in three hierarchical plans: imposition, negotiating, and consensus. The fault restoration is a consequence of collective behavior managed through the ternary decision in these plans. The approach contributes to production improvements in smart factories, where autonomous multi-robots are employed to improve reliability and robustness in the occurrence of failures. The evaluation of CFRB is performed through experimentation in small-scale warehouse logistics, referred to as Augmented Reality to Enhanced Experimentation in Smart Warehouses (ARENA). Experiments were conducted to show the benefits of the proposed solutions as well as quantitative analysis. In addition, the CFRB was compared with other current approaches, and the results are presented, demonstrating its efficiency. |
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KALEMPA, Vivian Cremer. Decisão consensual em sistemas multirrobôs. 2021. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2021. |
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