Exploração de ambientes desconhecidos estruturados com sistemas multi-robôs

Abstract

A busca e exploração em ambientes desconhecidos é um problema fundamental da robótica móvel. Para a execução da exploração de um ambiente, desde o ato de mover-se até a construção de um mapa, existem diversos aspectos que, separadamente, constituem importantes temas de pesquisa. A utilização de sistemas multi-robôs pode fornecer diversas vantagens para a resolução desse tipo de problema, porém, adicionam novos desafios, como a coordenação dos múltiplos robôs e a distribuição de tarefas entre eles. Este trabalho apresenta um método de exploração de ambientes desconhecidos estruturados com múltiplos robôs, tratando das etapas de mapeamento e planejamento de trajetórias. Enquanto exploram o ambiente, os robôs interpretam informações sensoriais inserindo-as em um mapa topológico global único. Dados métricos são também coletados e incorporados ao mapa, facilitando a resolução de problemas como o de fechamento de loops. O método proposto utiliza o conceito de fronteiras para definir as tarefas do sistema e avalia a utilização de heurísticas na alocação das tarefas aos robôs. Uma abordagem desacoplada é utilizada para o planejamento de trajetória, na qual caminhos são calculados para cada robô e conflitos entre os mesmos são tratados em uma etapa posterior. Resultados experimentais validam a funcionalidade e eficiência do método proposto.<br>

Abstract : The search and exploration in unknown environments is a fundamental problem in mobile robotics. For the execution of the environment exploration, since the act of moving to the construction of a map, there are several aspects, which individually are important research topics. The use of multi-robot systems can provide several advantages for solving this type of problem, however, adds new challenges such as the coordination of multiple robots and the task distribution between them. This work presents a method of exploring unknown structured environments with multiple robots, dealing with the path planning and mapping stages. While exploring the environment, the robots interpret sensorial information inserting them into a single global topological map. Metric data are also collected and incorporated into the map, making easier the resolution of problems as the loop closing. The proposed method uses the concept of frontiers to define the tasks of the system and evaluates the use of heuristics to allocate tasks to the robots. A decoupled approach is used for path planning, in which paths are calculated for each robot and then conflicts between them are resolved. Experimental results validate the functionality and efficiency of the proposed method.