Centralized multi-robot trajectory planning via multi-stage grouping.

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: COSTA, Lucas Fernando Andrade. lattes
Orientador(a): LIMA, Antonio Marcus Nogueira. lattes
Banca de defesa: MORAIS, Marcos Ricardo Alcântara., FERNANDES, Eisenhawer de Moura.
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de Campina Grande
Programa de Pós-Graduação: PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
Departamento: Centro de Engenharia Elétrica e Informática - CEEI
País: Brasil
Palavras-chave em Português:
Sistema operacional de robôs (ROS)
Otimização
Planejamento de caminhosmulti-robôs
Robot operating system (ROS)
Optimization
multi-robot path planning
Área do conhecimento CNPq:
Engenharia Elétrica
Link de acesso: https://dspace.sti.ufcg.edu.br/handle/riufcg/44762
Resumo: Neste estudo, apresentamos uma abordagem para gerar de forma efi ciente trajetórias óti- mas e livres de deadlock para sistemas multi-robôs em larga escala, considerando cenários com compartilhamento intensivo de espaço ou ambientes críticos em termos de espaço. A solução proposta inicialmente planeja, de forma individual, um caminho discreto por meio de um planejador baseado em grafos e, em seguida, refi na essa solução em trajetórias suaves utilizando otimização não linear acoplada. Para a otimização acoplada, a frota de robôs é dividida em grupos que serão acoplados separadamente no problema de otimização. O pre- sente trabalho propõe, primeiramente, uma heurística para agrupar dinamicamente a frota ao longo das etapas da trajetória e, em segundo lugar, a realização de múltiplos estágios de otimização, sendo um estágio para cada conjunto distinto de grupos. A verifi cação é realizada por meio de simulações e experimentos. Em comparação com a otimização de trajetórias desacoplada, a abordagem proposta reduz o tempo de computação no conjunto de testes defi nido em até 48,6%, mantendo a taxa de sucesso da frota. O estudo resulta em uma solução escalável que aumenta a efi ciência computacional em cenários multi-robôs críticos em termos de espaço.
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O pre- sente trabalho propõe, primeiramente, uma heurística para agrupar dinamicamente a frota ao longo das etapas da trajetória e, em segundo lugar, a realização de múltiplos estágios de otimização, sendo um estágio para cada conjunto distinto de grupos. A verifi cação é realizada por meio de simulações e experimentos. Em comparação com a otimização de trajetórias desacoplada, a abordagem proposta reduz o tempo de computação no conjunto de testes defi nido em até 48,6%, mantendo a taxa de sucesso da frota. O estudo resulta em uma solução escalável que aumenta a efi ciência computacional em cenários multi-robôs críticos em termos de espaço.In this study, we present an approach to effi ciently generate deadlock-free optimal trajec- tories for scale multi-robot systems with intensive space sharing setting or space-critical environments. The proposed solutionfirst individually plans a discrete path through a graph-based planner, and then refi nes this solution into smooth trajectories using coupled nonlinear optimization. For the coupled optimization, the robotfleet is split into groups that will be separately coupled in the optimization problem, where the current workfirst proposes a heuristic to dynamically group thefleet over the trajectory steps, and second to have multiple stages of optimization, one stage for each diff erent group set. Verifi cation is conducted through simulation and experiments. Compared to decoupled trajectory op- timization, the proposed approach reduces computation time on the defi ned test set up to 48.6%, and maintain the success rate of thefleet. The study results in a scalable solution that increases the computational effi ciency for space-critical multi-robot scenarios.Submitted by Helder Soares Dantas (helder-dantas@hotmail.com) on 2026-01-02T18:25:32Z No. of bitstreams: 1 LUCAS FERNANDO ANDRADE COSTA - DISSERTAÇÃO - (PPGEE) 2025.pdf: 7223549 bytes, checksum: 44de7467f65ae5c3bd20bf193e165dc3 (MD5)Made available in DSpace on 2026-01-02T18:25:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LUCAS FERNANDO ANDRADE COSTA - DISSERTAÇÃO - (PPGEE) 2025.pdf: 7223549 bytes, checksum: 44de7467f65ae5c3bd20bf193e165dc3 (MD5) Previous issue date: 2025-09-26Universidade Federal de Campina GrandePÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICAUFCGBrasilCentro de Engenharia Elétrica e Informática - CEEIEngenharia ElétricaSistema operacional de robôs (ROS)OtimizaçãoPlanejamento de caminhosmulti-robôsRobot operating system (ROS)Optimizationmulti-robot path planningCentralized multi-robot trajectory planning via multi-stage grouping.Planejamento centralizado de trajetórias multi-robôs por meio de agrupamento em múltiplos estágios.2025-09-262026-01-02T18:25:32Z2026-01-022026-01-02T18:25:32Zhttps://dspace.sti.ufcg.edu.br/handle/riufcg/44762COSTA, Lucas Fernando Andrade. Centralized multi-robot trajectory planning via multi-stage grouping. 2025. 56 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Centro de Ciências e Tecnologia, Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2025.info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisporinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFCGinstname:Universidade Federal de Campina Grande (UFCG)instacron:UFCGTEXTLUCAS FERNANDO ANDRADE COSTA - DISSERTAÇÃO - (PPGEE) 2025.pdf.txtLUCAS FERNANDO ANDRADE COSTA - DISSERTAÇÃO - (PPGEE) 2025.pdf.txttext/plain76438https://dspace.sti.ufcg.edu.br/bitstream/riufcg/44762/3/LUCAS+FERNANDO+ANDRADE+COSTA+-+DISSERTA%C3%87%C3%83O+-+%28PPGEE%29+2025.pdf.txt0e14063a47beb516e5b3215ede1368fdMD53LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748https://dspace.sti.ufcg.edu.br/bitstream/riufcg/44762/2/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD52ORIGINALLUCAS FERNANDO ANDRADE COSTA - DISSERTAÇÃO - (PPGEE) 2025.pdfLUCAS FERNANDO ANDRADE COSTA - DISSERTAÇÃO - (PPGEE) 2025.pdfapplication/pdf7223549https://dspace.sti.ufcg.edu.br/bitstream/riufcg/44762/1/LUCAS+FERNANDO+ANDRADE+COSTA+-+DISSERTA%C3%87%C3%83O+-+%28PPGEE%29+2025.pdf44de7467f65ae5c3bd20bf193e165dc3MD51riufcg/447622026-01-03 03:00:22.733oai:dspace.sti.ufcg.edu.br:riufcg/44762Tk9URTogUExBQ0UgWU9VUiBPV04gTElDRU5TRSBIRVJFClRoaXMgc2FtcGxlIGxpY2Vuc2UgaXMgcHJvdmlkZWQgZm9yIGluZm9ybWF0aW9uYWwgcHVycG9zZXMgb25seS4KCk5PTi1FWENMVVNJVkUgRElTVFJJQlVUSU9OIExJQ0VOU0UKCkJ5IHNpZ25pbmcgYW5kIHN1Ym1pdHRpbmcgdGhpcyBsaWNlbnNlLCB5b3UgKHRoZSBhdXRob3Iocykgb3IgY29weXJpZ2h0Cm93bmVyKSBncmFudHMgdG8gRFNwYWNlIFVuaXZlcnNpdHkgKERTVSkgdGhlIG5vbi1leGNsdXNpdmUgcmlnaHQgdG8gcmVwcm9kdWNlLAp0cmFuc2xhdGUgKGFzIGRlZmluZWQgYmVsb3cpLCBhbmQvb3IgZGlzdHJpYnV0ZSB5b3VyIHN1Ym1pc3Npb24gKGluY2x1ZGluZwp0aGUgYWJzdHJhY3QpIHdvcmxkd2lkZSBpbiBwcmludCBhbmQgZWxlY3Ryb25pYyBmb3JtYXQgYW5kIGluIGFueSBtZWRpdW0sCmluY2x1ZGluZyBidXQgbm90IGxpbWl0ZWQgdG8gYXVkaW8gb3IgdmlkZW8uCgpZb3UgYWdyZWUgdGhhdCBEU1UgbWF5LCB3aXRob3V0IGNoYW5naW5nIHRoZSBjb250ZW50LCB0cmFuc2xhdGUgdGhlCnN1Ym1pc3Npb24gdG8gYW55IG1lZGl1bSBvciBmb3JtYXQgZm9yIHRoZSBwdXJwb3NlIG9mIHByZXNlcnZhdGlvbi4KCllvdSBhbHNvIGFncmVlIHRoYXQgRFNVIG1heSBrZWVwIG1vcmUgdGhhbiBvbmUgY29weSBvZiB0aGlzIHN1Ym1pc3Npb24gZm9yCnB1cnBvc2VzIG9mIHNlY3VyaXR5LCBiYWNrLXVwIGFuZCBwcmVzZXJ2YXRpb24uCgpZb3UgcmVwcmVzZW50IHRoYXQgdGhlIHN1Ym1pc3Npb24gaXMgeW91ciBvcmlnaW5hbCB3b3JrLCBhbmQgdGhhdCB5b3UgaGF2ZQp0aGUgcmlnaHQgdG8gZ3JhbnQgdGhlIHJpZ2h0cyBjb250YWluZWQgaW4gdGhpcyBsaWNlbnNlLiBZb3UgYWxzbyByZXByZXNlbnQKdGhhdCB5b3VyIHN1Ym1pc3Npb24gZG9lcyBub3QsIHRvIHRoZSBiZXN0IG9mIHlvdXIga25vd2xlZGdlLCBpbmZyaW5nZSB1cG9uCmFueW9uZSdzIGNvcHlyaWdodC4KCklmIHRoZSBzdWJtaXNzaW9uIGNvbnRhaW5zIG1hdGVyaWFsIGZvciB3aGljaCB5b3UgZG8gbm90IGhvbGQgY29weXJpZ2h0LAp5b3UgcmVwcmVzZW50IHRoYXQgeW91IGhhdmUgb2J0YWluZWQgdGhlIHVucmVzdHJpY3RlZCBwZXJtaXNzaW9uIG9mIHRoZQpjb3B5cmlnaHQgb3duZXIgdG8gZ3JhbnQgRFNVIHRoZSByaWdodHMgcmVxdWlyZWQgYnkgdGhpcyBsaWNlbnNlLCBhbmQgdGhhdApzdWNoIHRoaXJkLXBhcnR5IG93bmVkIG1hdGVyaWFsIGlzIGNsZWFybHkgaWRlbnRpZmllZCBhbmQgYWNrbm93bGVkZ2VkCndpdGhpbiB0aGUgdGV4dCBvciBjb250ZW50IG9mIHRoZSBzdWJtaXNzaW9uLgoKSUYgVEhFIFNVQk1JU1NJT04gSVMgQkFTRUQgVVBPTiBXT1JLIFRIQVQgSEFTIEJFRU4gU1BPTlNPUkVEIE9SIFNVUFBPUlRFRApCWSBBTiBBR0VOQ1kgT1IgT1JHQU5JWkFUSU9OIE9USEVSIFRIQU4gRFNVLCBZT1UgUkVQUkVTRU5UIFRIQVQgWU9VIEhBVkUKRlVMRklMTEVEIEFOWSBSSUdIVCBPRiBSRVZJRVcgT1IgT1RIRVIgT0JMSUdBVElPTlMgUkVRVUlSRUQgQlkgU1VDSApDT05UUkFDVCBPUiBBR1JFRU1FTlQuCgpEU1Ugd2lsbCBjbGVhcmx5IGlkZW50aWZ5IHlvdXIgbmFtZShzKSBhcyB0aGUgYXV0aG9yKHMpIG9yIG93bmVyKHMpIG9mIHRoZQpzdWJtaXNzaW9uLCBhbmQgd2lsbCBub3QgbWFrZSBhbnkgYWx0ZXJhdGlvbiwgb3RoZXIgdGhhbiBhcyBhbGxvd2VkIGJ5IHRoaXMKbGljZW5zZSwgdG8geW91ciBzdWJtaXNzaW9uLgo=Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://bdtd.ufcg.edu.br/PUBhttp://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/oai/requestbdtd@setor.ufcg.edu.br || bdtd@setor.ufcg.edu.bropendoar:48512026-01-03T06:00:22Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFCG - Universidade Federal de Campina Grande (UFCG)false
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