Null Space-Based Behavioral Control Applied to Multirobot Systems
Nome: MAURO SERGIO MAFRA MOREIRA
Data de publicação: 18/12/2025
Orientador:
Nome |
Papel |
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| MARIO SARCINELLI FILHO | Orientador |
Banca:
| Nome |
Papel |
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| DANIEL KHEDE DOURADO VILLA | Coorientador |
| JOSE LEANDRO FELIX SALLES | Examinador Interno |
| KIMON VALAVANIS | Examinador Externo |
| MARIO SARCINELLI FILHO | Presidente |
| PEDRO CASTILLO | Examinador Externo |
Páginas
Resumo: Este trabalho propõe controladores baseados na priorização de tarefas para guiar uma formação de dois robôs, homogêneos ou heterogêneos, para atuar em ambientes de grande ocupação de espaço e no transporte de cargas. Tais ambientes podem ser encontrados em armazéns de empresas que trabalham com logística, como Amazon, DHL e empresas de correios. Em todos os casos, utiliza-se um controlador de formação baseado no paradigma de estrutura virtual, que consiste em uma reta imaginária que interliga os dois robôs. Neste contexto, a formação é representada por um conjunto de variáveis de formação derivadas das posições dos robôs. As variáveis de formação são agrupadas em dois conjuntos, um associado à forma e outro à posição da estrutura virtual. Uma vez definida a estrutura de controle da formação, este trabalho pode ser dividido em três fases: a primeira discute controladores de desvio de obstáculo por parte dos elementos da formação, enquanto a segunda fase é voltada para propor uma abordagem alternativa do controlador de formação, mais adequada para o cenário onde há um robô aéreo localizado sobre o robô terrestre de tração diferencial. Já na terceira fase, temos uma formação homogênea onde os elementos da formação são robôs aéreos, contexto em que se propõem controladores focados no transporte de carga por parte dos elementos da formação, onde se tem duas abordagens, a primeira considerando a carga como um elemento da formação e a segunda
considerando a carga como uma perturbação que deve ser rejeitada. A primeira fase aborda a prevenção de obstáculos por meio de uma abordagem comportamental baseada no espaço nulo, para guiar, de forma autônoma, uma formação composta por um
robô de tração diferencial e um veículo aéreo não tripulado, a fim de ultrapassar obstáculos modelados como campos potenciais. A posição do obstáculo, no caso estudado, é fixa, mas não é conhecida no planejamento do trajeto; logo, o controlador deve ser capaz de evitar a colisão ao perceber um aumento do potencial associado à sua posição corrente. Na segunda fase, deseja-se posicionar um robô aéreo sobre um robô terrestre, em uma tarefa de inventário, num armazém automatizado. Neste cenário, o robô terrestre atua como suporte ao robô aéreo, logo, o robô terrestre deve se localizar abaixo do robô aéreo enquanto ele faz a
leitura dos códigos binários (QR Codes, Bar Codes). Na modelagem matemática usualmente utilizada e em trabalhos anteriores, há uma inconsistência: uma singularidade ocorre ao se utilizar ângulos de Euler. Neste contexto, propõe-se uma modelagem alternativa das variáveis de formação, na qual a singularidade é deslocada para um ponto no plano XY. Finalmente, na terceira fase, o foco de estudo é voltado para o transporte de carga, em que temos dois subcenários: um que considera que a carga faz parte da formação e outro em que a carga é tratada como uma perturbação. No primeiro sub cenário, propõe-se um controlador
baseado no paradigma de estrutura virtual, considerando dois quadricópteros transportando uma carga suspensa por cabos, o objetivo é controlar o movimento da carga através do controle do triângulo formado pelos elementos da formação, ou seja, quadricóptero-quadricóptero-carga. A técnica de controle comportamental baseada no espaço nulo é utilizada, priorizando a
preservação da forma e da orientação da formação. No segundo subcenário, mais uma vez, propõe-se um controlador comportamental baseado em espaço nulo, associado a uma lei de controle por modos deslizantes, para refutar a perturbação causada pela carga. Os trabalhos aqui descritos foram validados em simulação e experimentos em escala de laboratório, cujos resultados são detalhados ao longo desta tese.
