Filtro de Kalman distribuído como estratégia de consenso em problemas de rendez-vous de times robóticos

Abstract

Rendez-vous é uma tarefa cooperativa comum para times de robôs móveis, tratando-se de um problema amplamente estudado na literatura, de modo que pesquisas recentes sugerem abordagens distribuídas para a sua solução. Seguindo essa tendência, propõe-se uma técnica distribuída para que os membros de um time robótico atinjam o rendez-vous usando as informações a respeito de suas posições, mesmo que essas estejam sujeitas a altos níveis de ruído. Para isso, os robôs usam um filtro de Kalman na forma de informação, executado de maneira distribuída e utilizando um algoritmo de consenso para realizar a fusão dos dados de seus vizinhos. Diversas simulações foram realizadas e a discussão dos resultados é apresentada com objetivo de analisar a convergência do algoritmo proposto. Além disso, uma análise comparativa foi feita em relação à duas técnicas encontradas na literatura, sendo que uma trata-se de um algoritmo básico de consenso e a outra é baseada em controle preditivo. Nessas comparações, analisou-se a convergência dos algoritmos, o esforço de controle, o erro em relação ao ponto de rendez-vous e o custo computacional. Os resultados foram promissores, o que indica a técnica proposta como uma alternativa viável para a solução do problema de rendez-vous de times robóticos, mediante ruídos nas medições.

Abstract : Rendezvous is a common cooperative task for a team of mobile robots, being widely studied in the literature, in such way that recent researches suggest distributed approaches to its solution. Following this trend, it is proposed a distributed technique for the members of a robotic team to achieve rendezvous using the information of their positions even if they have a high level of uncertainty in that. For this, the robots use a Kalman filter in the information form, carried out in a distributed way and using a consensus algorithm to fuse its neighbors' data. Several simulations were made and the discussion about the results is presented, with aim to analyze the proposed algorithm's convergence. Also, a comparative analysis was made relative to two techniques found in the literature, one of them being a basic consensus algorithm and the other one being founded on predictive control. In these comparisons, it was analyzed the convergence of the algorithms, the control effort, the error in relation to the rendezvous point and the computational cost. The results are promising, what indicates that the technique proposed here as a viable alternative for solving the rendezvous problem in robotic teams with measurement noises.