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Tipo: TCC
Título: Implementação de algoritmo baseado em otimização por colônia de formigas aplicado ao planejamento de caminhos para robô móvel
Autor(es): Gomes, Allan Costa
Orientador: Braga, Arthur Plínio de Souza
Palavras-chave: Planejamento de caminhos;Otimização por Colônia de Formigas;Robótica móvel;Meta-heurísticas
Data do documento: 2018
Citação: GOMES, Allan Costa. Implementação de algoritmo baseado em otimização por colônia de formigas aplicado ao planejamento de caminhos para robô móvel. 2018. 50 f. Monografia (Graduação em Engenharia Elétrica) – Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2018.
Resumo: O planejamento de caminhos para robôs móveis é um dos temas centrais na área de robótica móvel, uma vez que espera-se que os robôs sejam capazes de planejar seus deslocamentos autonomamente. Inúmeras estratégias foram e vem sendo desenvolvidas ao longo das últimas décadas. Algumas destas baseiam-se em algum ponto na realização de uma busca por um caminho ótimo em um espaço de possíveis soluções geradas. Neste contexto, com o desenvolvimento nas últimas duas décadas das meta-heurísticas, que são capazes de fornecer métodos eficazes para a realização dessas buscas, estas surgem como uma alternativa em desenvolvimento a utilização de métodos clássicos para fornecer boas soluções ao problema de planejamento de caminhos. Dito isto, este trabalho trata da implementação de dois algoritmos baseados em Ant Colony Optimization (ACO) aplicado ao planejamento de caminhos para robôs móveis aliado à estratégia clássica de decomposição em células do espaço de trabalho do robô. São os algoritmos: (1) Max- Min Ant System (MMAS) e (2) Fast Two-Stages Max-Min Ant System (FTS-MMAS). O objetivo destes é encontrar um caminho ótimo no mapa decomposto. Para verificar a eficiência de toda a estratégia implementada, os algoritmos ACO foram submetidos a uma série de testes simulados, visando mensurar o desempenho destes em relação a tempo de execução e comprimento do caminho obtido tanto em um cenário simples, dois cenários mais complexos e um cenário de maior dimensão. Por final, um experimento em um robô real foi realizado, tendo como principal objetivo atestar se o robô seria capaz de executar o caminho planejado. Os resultados para os testes simulados indicaram que os algoritmos ACO implementados tem desempenhos semelhantes em relação ao comprimento dos caminhos possíveis. Em relação ao tempo de execução, observou-se diferença no desempenho, sendo o algoritmo FTS-MMAS mais veloz. O algoritmo MMAS apresentou um tempo de execução significantemente maior. O experimento realizado no robô real com o algoritmo FTS-MMAS teve desempenho aceitável nos critérios de comprimento de caminho e tempo de planejamento. Observou-se discrepâncias entre o caminho planejado e o executado, principalmente nas curvas, devido as restrições não-holonômicas e o controlador que gera os sinais para os motores. Por fim, este trabalho fornece uma base no Grupo de Pesquisa em Automação e Robótica (GPAR) no DEE/UFC para futuros trabalhos em planejamento de caminhos, que envolvem temas como Controle e Inteligência Computacional.
Abstract: Path planning for mobile robots is one of the central themes in mobile robotics, as robots are expected to be able to plan their movements autonomously. Numerous strategies have been developed over the last few decades. Some of these are based at some point on the realization of a search for an optimal path in a space of possible solutions generated. In this context, with the development of metaheuristics in the last two decades, which are able to provide effective methods for the realization of these searches, these arise as a developing alternative to the use of classic methods to provide good solutions to the problem of path planning. That said, this work deals with the implementation of two algorithms based on Ant Colony Optimization (ACO) applied to the path planning problem for mobile robots allied to the classic strategy of cells decomposition of the robot workspace. The algorithms are: (1) Max-Min Ant System (MMAS) and (2) Fast Two-Stages Max-Min Ant System (FTS-MMAS). The purpose of the algorithms is to find an optimal path in the decomposed map. In order to verify the efficiency of all the implemented strategy, the ACO algorithms were submitted to a series of simulated tests, in order to measure its performance in relation to execution time and path length obtained in a simple scenario, two more complex scenarios and one scenario of larger size. At last, an experiment in a real robot was carried out, this one having as main objective to certify if the robot would be able to execute the planned path. The results for the simulated tests indicated that the ACO algorithms implemented have similar performances in relation to the length of the possible paths. In relation to the execution time, a difference in performance was observed, with the FTS-MMAS algorithm being faster. The MMAS algorithm presented a significantly longer execution time. The experiment performed in the real robot with the FTS-MMAS algorithm had acceptable performance in the path length and planning time criteria. Discrepancies between the planned and executed paths were observed, mainly in the curves, due to the non-holonomic constraints and the controller that generates the signals for the motors. Finally, this work provides a basis for the Automation and Robotics Research Group (GPAR - Grupo de Pesquisa em Automação e Robótica) in the DEE/UFC for future path planning work, involving topics such as Control and Computational Intelligence.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/45042
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