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Title: Um novo método de planejamento de caminho para robôs baseado em espuma probabilística
Authors: Silveira, Yuri Sarmento
Keywords: Sistema robótico autônomo;Planejamento de caminho;Espuma aleatória;Bolha;Frente de onda;Árvore de busca
Issue Date: 16-Dec-2016
Citation: SILVEIRA, Yuri Sarmento. Um novo método de planejamento de caminho para robôs baseado em espuma probabilística. 2016. 62f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecatrônica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2016.
Portuguese Abstract: O processo de planejamento de caminho é um problema bastante estudado na robótica. A capacidade de analisar o ambiente e definir a sequência de ações que levam um robô de uma localização inicial até uma localização final desejada, sem colidir com os obstáculos presentes no ambiente, é uma habilidade fundamental requerida para a criação de sistemas robóticos autônomos que possam executar diversas funções. Nesta dissertação, apresenta-se um estudo sucinto do estado da arte na área de planejamento de caminhos para sistemas robóticos autônomos, de forma a contextualizar o tema abordado neste trabalho. Cada método de planejamento possui sua própria estratégia de exploração do ambiente e planejamento do caminho. Nesta dissertação é proposto um novo método de planejamento de caminho para robôs. No método proposto, o espaço livre do ambiente é coberto de forma aproximada por um conjunto denominado Espuma Aleatória, a qual é composta por subconjuntos convexos superpostos denominados Bolhas. A partir da localização inicial, novas bolhas são criadas aleatoriamente na superfície da espuma, que se propaga pelo espaço livre, com comportamento semelhante à propagação de frentes de onda, gerando uma árvore de busca, até atingir a localização final. Desta forma, é possível encontrar uma sequência de bolhas concatenadas, denominada Rosário, que conecta a localização final à inicial. Um caminho válido pode ser facilmente obtido dentro do espaço de manobra definido pelo rosário. O processo de busca no método proposto é determinado por apenas dois parâmetros. Critérios para a sua sintonia são estudados e apresentados neste trabalho. De forma a validar o método proposto, o seu desempenho foi avaliado através de simulações computacionais para diferentes estudos de caso.
Abstract: Path planning is a well studied problem in robotics. The capability of analyzing the environment and defining a sequence of actions that leads a robot from an initial location to a final desired location, without colliding with obstacles, is a fundamental ability when creating autonomous robotic systems that can perform various functions. In order to contextualize the theme addressed in this work, a succinct study of the state-of-the-art on path planning for autonomous robotic systems is presented. Each planning method has its own strategy to explore the ambient and plan the path. In this dissertation, a new robot path planning method is proposed. In the proposed method, the ambient free space is partially covered by a set called Random Foam, composed of the union of overlapping convex subsets called Bubbles. Starting from the initial robot localization, new bubbles are randomly created on the surface of the foam, that propagates through the free space, with a behavior similar to a wave front propagation, generating a search tree that grows until reaching the desired final robot localization. In this way, it is possible to find a sequence of concatenated bubbles, called Rosary, connecting the desired final localization to the initial localization of the robot. A valid path contained in the maneuvering space defined by the rosary can be easily found. In the proposed method, the search process is guided by only two parameters. Tuning criteria for these parameters are studied and presented in this work. In order to validate the proposed path planning method, its performance was evaluated through computer simulations of different case studies.
URI: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/24115
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