Controle supervisório de um sistema de patrulhamento multirrobôs com arquitetura deliberativa/reativa

Abstract

Os sistemas multirrobôs podem interagir com ambientes não-determinísticos, além de cooperar para atingir os objetivos globais eficientemente. Cada robô deve ser capaz de reagir com segurança e sem bloqueios a eventos incertos do ambiente. Este trabalho aplica a Teoria de Controle Supervisório (TCS) a um sistema multirrobôs para patrulhamento de regiões. Apresenta-se a modelagem da planta, das especificações e a síntese modular de supervisores para um pequeno problema de patrulhamento multirrobôs sujeitos a falhas de equipamentos e incertezas da bateria. Propõe-se uma arquitetura híbrida deliberativa/reativa baseada na Teoria de Controle Supervisório (TCS) para implementação distribuída em robôs móveis, em que os requisitos de segurança e não-bloqueio são garantidos pelos supervisores ótimos, enquanto heurísticas exploram a flexibilidade do controle supervisório para tornar o patrulhamento eficiente. Para fins de validação da arquitetura, foi implementado um protótipo, em ambiente de simulação, sobre o qual foram realizados vários experimentos, comparando quatro diferentes estratégias de controle. Os resultados indicam que a arquitetura deliberativa/reativa é viável e robusta para robôs reais, permitindo garantir segurança e eficiência no patrulhamento multirrobôs, mesmo na ocorrência de eventos inesperados, tais como falhas e problemas com a bateria.

Abstract: Multi-robot systems that interact with non-deterministic environments, in addition to cooperating to achieve global objectives efficiently, each robot must be able to react safely and without blocking to uncertain environmental and hardware events. This work applies the Supervisory Control Theory (SCT) to a multi-robot system for region patrolling. Plant and specification modeling and modular synthesis of supervisors for a small multi-robot patrolling problem subject to equipment failures and battery uncertainties are presented. A deliberative/reactive SCT-based hybrid architecture for distributed deployment in mobile robots is proposed, where safety and non-blocking requirements are met by optimal supervisors, while heuristics exploit the flexibility of supervisory control to make patrolling efficient. For architectural validation purposes, a prototype was implemented in a simulation environment, under which several experiments were performed comparing four different control strategies. The results indicate that the deliberative/reactive architecture is viable and robust for real robots, allowing to ensure safety and efficiency in multi-robot patrols even in the presence of unexpected events.