Synthesis of autonomous controllers in mobile robotics through bio-inspired computing

Orientador: Fernando Jose Von ZubenAcompanha CD-ROMTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de ComputaçãoResumo: Novas técnicas de navegação autônoma de robôs móveis visam suprir a crescente demanda pelo emprego de robôs em diversos setores da sociedade e junto a uma ampla gama de tarefas. Os desafios envolvidos no desenvolvimento do sistema que controla o robô permitem afirmar que a inteligência embarcada em robôs atuais ainda encontra-se em um nível incipiente e limitado. Neste trabalho, cinco frentes de pesquisa complementares são propostas visando estudar, teórica e praticamente, aspectos fundamentais de projeto e implementação de controladores autônomos inteligentes para robótica móvel. Metodologias de computação bio-inspirada e de robótica evolutiva provêem os conceitos e ferramentas que fundamentam as cinco propostas, as quais são validadas com base em sistemas de navegação concebidos e aplicados a problemas relevantes da área. Uma série de simulações computacionais em ambientes virtuais e experimentos com robôs reais é realizada, permitindo medir o alcance das contribuições e apontar as principais frentes de atuação que se abrem como perspectivas futuras da pesquisa.Abstract: Novel techniques for autonomous robot navigation aim at fulfilling the growing demand for mobile robots in multiple segments of society and in a plethora of tasks. The challenges involved in developing the system which controls the robot allow to say that the intelligence embedded in the current robots is found to be still incipient and limited. In this work, five complementary research fronts are proposed intending to study, theoretical and practically, aspects which are fundamental to the design and implementation of intelligent autonomous controllers for mobile robotics. Bio-inspired computing and evolutionary robotics methodologies provide the concepts and tools underlying the five proposals, which are validated through navigation systems devised and applied to important problems. Numerous real robot experiments as well as computational simulations taking place in virtual environments are carried out, allowing for the evaluation of contributions and also the discussion of future possibilities.DoutoradoEngenharia de ComputaçãoDoutor em Engenharia Elétric

Uma proposta evolutiva para controle inteligente em navegação autonoma de robos

Orientadores : Fernando Jose Von Zuben, Mauricio Fernandes FigueiredoDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de ComputaçãoResumo: Este trabalho apresenta um sistema autônomo evolutivo aplicado ao controle de um robô móvel em tarefas de navegação por ambientes desconhecidos. O sistema é reativo, não possui conhecimento inicial e aprende a lidar eficientemente com situações nas quais o robô tem que capturar alvos evitando colisões contra obstáculos. Para isto, ele desenvolve estratégias gerais de navegação, controlando a direção e a velocidade do robô sem qualquer auxílio externo. A abordagem evolutiva do sistema de navegação se baseia em uma versão de sistemas classificadores com aprendizado, contendo novos operadores, fluxos de controle adicionais e mecanismos específicos para o atendimento dos requisitos de navegação. Um extenso conjunto de experimentos é realizado, envolvendo: apenas simulação computacional; simulação computacional para síntese do controlador e transferência deste a um robô Khepera lI; e emprego do robô Khepera II tanto na síntese do controlador quanto na atuação em ambientes reais. Os resultados obtidos apontam para a validade da proposta, indicando a eficácia e capacidade de generalização do controlador autônomo quando submetido a variadas configurações de ambiente de navegaçãoAbstract: This work presents an autonomous evolutionary system applied to the control of a mobile robot when navigating in unknown environments. The system is reactive, it does not have initial knowledge and learns efficiently to deal with situations where the robot must capture targets avoiding collisions against obstacles. Toward this end, it develops general strategies, controlling the robot direction and speed without any external assistance. The evolutionary approach of the navigation system is based on a version of learning classifier systems, including new operators, additional control flows and specific mechanisms devoted to attending the navigation requirements. An extensive set of experiments is perfonned involving: just computer simulation; a controller matured by computer simulation, and then transferred to a Khepera II robot; and both the maturation and validation of the controller in real environments, Le. in a Khepera II robot. The obtained results indicate the validity of the proposal, attesting the efficiency and generalization capability of the autonomous controller when navigation environments with distinct configurations are considered.MestradoEngenharia de ComputaçãoMestre em Engenharia Elétric