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A utilização de sistemas de múltiplos robôs vem sendo amplamente proposta nas últimas A utilização de sistemas de múltiplos robôs vem sendo amplamente proposta nas últimas duas décadas (Iocchi et al., 200!. "s principais motivos decorrentes desse crescimento é a duas décadas (Iocchi et al., 200!. "s principais motivos decorrentes desse crescimento é a possibilidade de m
possibilidade de melhoria da per#ormancelhoria da per#ormance e con#iabilidade da tae e con#iabilidade da tare#a a ser realizadare#a a ser realizada, além de redução, além de redução de custos da mesma, $% &ue um robô caro e comple'o pode ser substitudo por v%rios robôs simples de custos da mesma, $% &ue um robô caro e comple'o pode ser substitudo por v%rios robôs simples e baratos ()ao, **+!.
e baratos ()ao, **+!.
evido - popularidade desse tema, v%rios artios de revisão #oram publicados durante os evido - popularidade desse tema, v%rios artios de revisão #oram publicados durante os anos. /ntre elas estão (ude, **1!, ()ao et al., **+!, (Iocchi et al., 200! e mais recentemente anos. /ntre elas estão (ude, **1!, ()ao et al., **+!, (Iocchi et al., 200! e mais recentemente ()ao, 20!. 3estes trabalhos são apresentados o estado da arte do tema
()ao, 20!. 3estes trabalhos são apresentados o estado da arte do tema em suas respectivas épocasem suas respectivas épocas e possuem uma detalhada lista de trabalhos r
e possuem uma detalhada lista de trabalhos relevantes - %rea de pes&uisa.elevantes - %rea de pes&uisa. Aluns desses trabalhos prop4em classi#icaç4e
Aluns desses trabalhos prop4em classi#icaç4es para a s para a abordaem de múltiplos robôs. Iocchiabordaem de múltiplos robôs. Iocchi em (Iocchi et al., 200!, prop4e uma classi#icação em &uatro camadas para sistemas com múltiplos em (Iocchi et al., 200!, prop4e uma classi#icação em &uatro camadas para sistemas com múltiplos robôs. As &uatro camadas propostas são5 )ooperação, )onhecimento, )oordenação e "ranização. robôs. As &uatro camadas propostas são5 )ooperação, )onhecimento, )oordenação e "ranização. 3estas camadas, os
3estas camadas, os sistemas são sistemas são separados de acordo separados de acordo com o com o nvel de nvel de cooperação entre os cooperação entre os robôs, orobôs, o conhecimento de um robô sobre os outros robôs do sistema, o nvel de depend6ncia entre os robôs conhecimento de um robô sobre os outros robôs do sistema, o nvel de depend6ncia entre os robôs do rupo e o
do rupo e o tipo de oranização do sistema (controle centralizado, ar&uiteturas hbridas ou tipo de oranização do sistema (controle centralizado, ar&uiteturas hbridas ou controlecontrole descentralizado!.
descentralizado!. 7e
7ereireira ra em em (7e(7ereireira, ra, 2002008!, 8!, claclassissi#ic#ica a o o comcomporportamtamentento o coocoopeperatrativo ivo dos dos sisistestemamas s comcom mú
múltltipiplolos s rorobôbôs s é é didivivididido do em em 8 8 titipopos5 s5 ((ii! ar! ar&u&uititeteturura a de de rrupupo, o, enenvovolvlve e o o coconcnceieito to dede homoeneidade9heteroeneidade dos robôs, ou se$a, a capacidade de um dado robô de reconhecer homoeneidade9heteroeneidade dos robôs, ou se$a, a capacidade de um dado robô de reconhecer outros robôs: (
outros robôs: (iiii! con#lito de recursos, relaciona;se a múltiplos robôs habitarem um ambiente! con#lito de recursos, relaciona;se a múltiplos robôs habitarem um ambiente compartilhado, manipular ob$etos e a possibilidade de comunicação entre eles: (
compartilhado, manipular ob$etos e a possibilidade de comunicação entre eles: (iiiiii! oriem da! oriem da cooperação, re#ere;se como o comportamento cooperativo é motivado e alcançado: (
cooperação, re#ere;se como o comportamento cooperativo é motivado e alcançado: (iviv! aprendizado,! aprendizado, a adaptabilidade e #le'ibilidade são itens essenciais na solução de tare#as de um rupo de robôs: e a adaptabilidade e #le'ibilidade são itens essenciais na solução de tare#as de um rupo de robôs: e ((vv! problemas eométricos, cobre a tentativa de incorporar tare#as aos robôs em um ambiente! problemas eométricos, cobre a tentativa de incorporar tare#as aos robôs em um ambiente bidimensional
bidimensional e e tridimensional, tridimensional, includo includo o o plane$amento de plane$amento de tra$et<ria tra$et<ria multi;aente, multi;aente, movimentaçãomovimentação em #ormação e eração de padr4es.
em #ormação e eração de padr4es. 1.1 – Navegação em formação 1.1 – Navegação em formação
=m
=ma a dadas s priprincincipaipais s ababordordaaens ens aoaos s sissistemtemas as com com múmúltiltiploplos s robrobôs ôs é é a a navnaveaeaçãção o emem #ormação (>ampinelli, 200!. Isso se deve principalmente - observação de ocorr6ncias naturais. =m #ormação (>ampinelli, 200!. Isso se deve principalmente - observação de ocorr6ncias naturais. =m rupo de p%ssaros voando em #ormação (?iura (a!!, um cardume de pei'es nadando (?iura (b!! rupo de p%ssaros voando em #ormação (?iura (a!!, um cardume de pei'es nadando (?iura (b!! ou um pelotão de ciclista
ou um pelotão de ciclistas s andando em linha (?iura andando em linha (?iura (c!!, todos tiram vantaem em ma(c!!, todos tiram vantaem em manter umanter uma #orm
#ormaçãação, o, se$se$a a papara ra ececonoonomizmizar ar eneeneriria, a, aumaumententar ar a a seseuraurançnça a ou ou melmelhorhorar ar a a e#ie#ici6ci6ncincia a dodo movimento (@alch Arin, **B!.
?iura . (a! 7%ssaros voando em #ormação ()araciolo, 200*!. (b! 7ei'es nadando em rupo (Cantiao, 20D!. (c! )iclistas no pelotão (?riel, 20!.
Erabalhos &ue utilizam naveação em #ormação abordam diversas %reas como5 controle de satélites (Fan, 20D!, transporte de cara (@otelho, 208: Giranda, 20D!, escolta (Gas, 200*: Antonelli et al., 200+: Cantiao, 20D! e controle de vôo de &uadricopteros (7ilz, 200*: Hushlev et al., 20: Jan et al., 20!.
Além de trabalhos de aplicação direta de múltiplos robôs, v%rias publicaç4es #ocam a resolução de problemas da %rea e desenvolvimento de novas técnicas, a e'emplo do trabalho (Gas et al., 200B! em &ue se prop4e uma modelaem para uma #ormação inicialmente com tr6s robôs, mas &ue pode ser eneralizada #acilmente para N robôs. /ssa publicação serviu de base para v%rios trabalhos posteriores (>ampinelli, 200: Giranda, 20D: @otelho, 208! e #oi de rande contribuição. =m es&uem%tico da modelaem proposta pode ser visto na ?iura .
K%rios trabalhos visam resolver o problema de naveação em #ormação com desvio de obst%culos. @randão em (@randão, 200B! conseuiu resultados e#icientes nessa tare#a utilizando uma abordaem lder;seuidor com dois robôs e alumas estratéias de evitar de obst%culos baseadas em desvio tanencial. L% >ampinelli em (>ampinelli, 200!, utilizou uma #ormação #le'vel com tr6s robôs, &ue possibilitava desviar de obst%culos #azendo com &ue os robôs sassem rapidamente da #ormação &uando necess%rio e retornando ap<s a passaem do obst%culo.
Eodos esses trabalhos citam pelo menos tr6s randes %reas de abordaem para o controle de #ormação de múltiplos robôs5 @aseada em )omportamentos, @aseada em /struturas Kirtuais e Mider;Ceuidor. /ssas abordaens serão melhor e'ploradas na pr<'ima seção.
1.2 – Controle de Formação
3esta seção serão e'ploradas as principais abordaens utilizadas no controle de uma #ormação de robôs. 3a seção .2. ser% detalhada a abordaem baseada em )omportamentos, na seção .2.2 a abordaem baseada em /struturas Kirtuais e na seção .2. a abordaem Mder; Ceuidor.
1.2.1- Abordagem Baseada em Comortamentos
A abordaem @aseada em )omportamentos utiliza v%rios comportamentos pré;de#inidos para controlar a #ormação, tais como5 manter #ormação, desviar de obst%culo, proteer escoltado, ou &ual&uer outro comportamento &ue o pro$etista dese$ar. /'istem muitas variaç4es dessa abordaem sendo &ue v%rias delas provem de di#erentes ponderaç4es dos comportamentos (Nouv6a, 20!.
/m (GcInnes, **8! uma abordaem comportamental é aplicada para manter uma #ormação de satélites iualmente distribudos em #orma de anel na <rbita da terra. L% em (Anderson >obbins, **B!, comportamentos instintivos de animais são utilizadas como base para os comportamentos implementados em um sistema de controle de #ormação de voo de aeronaves. )omportamentos em competição implementados em uma #ormação de robôs m<veis são escolhidos a partir da média de todos eles em (@alch Arin, **B!. evido - utilização da média, comportamentos não previstos podem ocorrer ocasionalmente.
7ara lidar com partrulhamento de #ronteiras, #oi utilizado, em (Garino et al. 200*!, uma variação descentralizada do 3C@ (do inl6s, Null-Space-based-Behavioral !, $% &ue o 3C@ tradicional não tinha capacidade de tratar. " 3C@ #oi testado anteriormente por (Antonelli et al., 200+!, em &ue são apresentados resultados e'perimentais da aplicação da técnica sobre o controle de seis robôs #sicos em #ormação.
A abordaem )omportamental tem uma rande vantaem &ue é a #acilidade de implementar estratéias de controle &uando h% competição entre múltiplos ob$etivos em cada robô. 7or outro
lado, tem como rande desvantaem a di#iculdade de analisar a estabilidade da #ormação (Nouv6a, 20!.
1.2.2- Abordagem Baseada em !str"t"ras #irt"ais
A principal caracterstica da abordaem de controle de #ormação baseada em estruturas virtuais é &ue, todo o rupo de robôs é tratada como um corpo virtual rido (Cantiao, 20D!. " desa#io é manter os robôs dentro dessa estrutura en&uanto a #ormação navea pelo ambiente.
7ara (Nouv6a, 20!, o desenvolvimento do controlador é divido em tr6s passos &ue consistem em5 de#inir a dinOmica dese$ada para a estrutura, correlacionar essa dinOmica com a movimentação de cada robô da #ormação e aplicar leis de controle sobre os robôs para mant6;los em suas respectivas posiç4es. A modelaem proposta por (Gas, 200B! é muito bem aplicada para resolver o seundo passo dessa divisão.
/m (MePis Ean, **+! #oi desenvolvido um método &ue possibilitava a naveação de alta precisão. =tilizando controle bidirecional, o sistema podia também recon#iurar a estrutura virtual
dinamicamente, tornando;se também mais tolerante a #alhas de robôs individuais.
/m (>ampinelli, 200!, é implementada uma #ormação de robôs m<veis &ue navea em um ambiente utilizando uma estrutura virtual como re#er6ncia para a movimentação dos interantes da #ormação, além disso #oi desenvolvido um sistema &ue permitia ao rupo mover;se pelo ambiente evitando colis4es. L% (@otelho, 208!, utiliza uma estrutura virtual para uiar um rupo de robôs com o ob$etivo de transportar uma cara sobre eles, a movimentação da estrutura é #eita utilizando um campo potencial de #unç4es harmônicas.
A principal vantaem da abordaem de estrutura virtual é &ue o comportamento do rupo pode ser prescrito de #orma razoavelmente #%cil (Nouv6a, 20!. 7orém, seundo (Cantiao, 20D!, se a tare#a re&uerer uma #re&uente recon#iuração ou alteração na estrutura virtual, essa abordaem pode não ser a solução mais ade&uada.
1.2.$- %&der-'eg"idor
3a abordaem lder;seuidor um robô tem o dever de ser o lder do rupo en&uanto os outros interantes são seus seuidores. /sta abordaem é empreada em v%rios trabalhos como os de (esai et al., **B: 7ereira, 2008: @randão, 200B: Nuillet et al., 20D: Cantiao, 20D!.
esai em (esai et al., **B! desenvolveu dois controladores de #ormação &ue servem de base para v%rios trabalhos na %rea desde então. =m deles, é pro$etado para #azer um robô seuidor
manter uma certa distOncia l e um certo Onulo ψ do seu robô lider, esse controlador #icou conhecido como l-ψ. " outro, é pro$eto de modo &ue um robô seuidor matenha uma distOncia l e l 2
em relação a seus dois lderes, o robô e o robô 2, respectivamente, esse controlador #icou conhecido como l-l . =m es&uema de cada um dos controladores pode ser visto na ?iura .
?iura . (a! Ilustração da con#iuração l-ψ. (b! Ilustação da con#iuração l-l
/m (7ereira, 2008!, #oi implementado uma con#iuração lder;seuidor com dois robôs transportanto uma barra rida sobre eles em &ue, o lder naveava utlizando um campo potencial lobal e loica #uzz, en&uanto o seuidor o acompanhava e au'iliava na solução de mnimos locais. L% em (Nuillet, 20D!, é proposta uma estratéia de controle enérica para #ormação de robôs, nos e'perimentos #oram usados dois robôs com rande número de sensores e obteve resultados satis#at<rios.
/m (@randão, 200B!, #oi utilizada a abordaem lder;seuidor para navear dois robôs em #ormação rida e semi;rida em ambientes com obst%culos. L% em (Cantiao, 20D!, uma #ormação de tr6s robôs seuidores protee o lder &ue se encontra no interior da #ormação &ue tem dimens4es #le'veis.
Ceundo (Cantiao, 20D!, uma vantaem da estrutura lder;seuidor é &ue o movimento do con$unto é ditado pelo lder. essa #orma, os seuidores precisam rastrear a tra$et<ria do lder através das leis de controle. Eambém seundo (Cantiao, 20D!, é possvel realizar a an%lise de estabilidade deste tipo de controle aplicado - #ormação.
=ma desvantaem dessa abordaem é &ue as leis de controle para estabilizar a #ormação não são simples, pois envolvem o uso de #erramentas matem%ticas bastante comple'as para seu desenvolvimento. Além disso, o sistema é bastante dependente do lder da #ormação em estruturas centralizadas de controle, isso pode causar o #racasso da tare#a caso ha$a alum problema com o mesmo (Cantiao, 20D!.
1.$- A !scolta
A tare#a de escolta é de#inida por (Antonelli et al., 200+! como uma missão de cercar um alvo o &ual não se tem conhecimento prévio da sua movimentação, mas esta pode ser medida em tempo real. =ma outra e'tensão dessa de#inição #oi dada por (Nale et al., 200*!, e diz &ue os robôs uardi4es se oranizam em torno do alvo (escoltado! e o escoltam até o seu destino en&uanto tentam manter a #ormação.
/sta tare#a se assemelha bastante com a tare#a de captura com a di#erença de &ue en&uanto a #ormação da escolta impede &ue ameaças entrem na #ormação, a #ormação de captura impede &ue o capturado saia do seu interior (Gas et al., 200*!.
/m (Antonelli et al., 200+! uma abordaem baseada em comportamentos #oi implementada com o ob$etivo de controlar uma #ormação de robôs &ue tentava escoltar uma bola de t6nis com movimentação livre. A #ormação tinha robustez em relação a #alhas de alum dos robôs, se reoranizando caso isso ocorresse. 7orém dois problemas desse trabalho #oram &ue5 (i! o processamento era todo #eito por um computador central dei'ando o sistema muito vulner%vel a #alhas do mesmo, (ii! a dinOmica dos robôs não era r%pida su#iciente para acompanhar a movimentação do escoltado.
=sando a modelaem proposta em (Gas, 200B!, #oi implementada uma #ormação com tr6s robôs baseada em estruturas virtuais em (Gas et al., 200*! com o ob$etivo de proteer um escoltado. Ao cercar o ob$etivo, o rupo passava interpreta;lo como centroide da estrutura virtual e o controle de #ormação entrava em ação. )om isso, #oi possvel também implementar uma tare#a de patrulha ao redor do escoltado.
/m (Cantiao, 20D! uma #ormação baseada na estrutura lder;seuidor utilizando &uatro robôs #oi implementada de modo &ue tr6s robôs seuidores proteiam seu lder en&uanto este
naveava pelo ambiente. " seuidores se mantinham em #ormação utilizando controladores baseados no l-ψ proposto por (esai et al., **B!, estes controladores tiveram sua estabilidade provada baseando;se na estabilidade de Mapunov.
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