Decisão consensual em sistemas multirrobôs

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2021
Autor(a) principal: Kalempa, Vivian Cremer
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Curitiba
Brasil
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial
UTFPR
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/27084
Resumo: 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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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.Universidade Tecnológica Federal do ParanáCuritibaBrasilPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática IndustrialUTFPROliveira, Andre Schneider dehttps://orcid.org/0000-0002-8295-366Xhttp://lattes.cnpq.br/4006878042502781Oliveira, Andre Schneider dehttps://orcid.org/0000-0002-8295-366Xhttp://lattes.cnpq.br/4006878042502781Todt, Eduardohttps://orcid.org/0000-0001-6045-1274http://lattes.cnpq.br/9942240121225139Fabro, Joao Albertohttps://orcid.org/0000-0001-8975-0323http://lattes.cnpq.br/6841185662777161Magatao, Leandrohttps://orcid.org/0000-0002-6917-9753http://lattes.cnpq.br/4652695720103701Leitao, PauloKalempa, Vivian Cremer2022-02-11T19:21:24Z2022-02-11T19:21:24Z2021-12-14info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfKALEMPA, 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/1/27084porhttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)instacron:UTFPR2022-02-12T06:06:02Zoai:repositorio.utfpr.edu.br:1/27084Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.utfpr.edu.br:8080/oai/requestriut@utfpr.edu.br || sibi@utfpr.edu.bropendoar:2022-02-12T06:06:02Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)false
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