Redução do Custo Computacional do Algoritmo RRT Através de Otimização por Eliminação

92 Pages·2014·1.81 MB·Portuguese

Hiparco Lins Vieira
Redu(cid:231)ªo do Custo Computacional do
Algoritmo RRT AtravØs de Otimiza(cid:231)ªo por
Elimina(cid:231)ªo
Disserta(cid:231)ªo apresentada (cid:224) Escola de Enge-
nharia de Sªo Carlos da Universidade de
Sªo Paulo, como parte dos requisitos para
obten(cid:231)ªo do t(cid:237)tulo de Mestre em CiŒncias,
Programa de Engenharia ElØtrica.
`rea de Concentra(cid:231)ªo: Sistemas Din(cid:226)micos
Orientador: Prof. Dr. Valdir Grassi Junior
Sªo Carlos
2014
Trata-se da versªo corrigida da disserta(cid:231)ªo. A versªo original se encontra dispon(cid:237)vel na EESC/USP
que aloja o programa de P(cid:243)s-Gradua(cid:231)ªo de Engenharia ElØtrica.
AUTORIZO A REPRODUÇÃO TOTAL OU PARCIAL DESTE TRABALHO,
POR QUALQUER MEIO CONVENCIONAL OU ELETRÔNICO, PARA FINS
DE ESTUDO E PESQUISA, DESDE QUE CITADA A FONTE.
Vieira, Hiparco Lins
V658r Redução do custo computacional do algoritmo RRT
através de otimização por eliminação / Hiparco Lins
Vieira; orientador Valdir Grassi Junior. São Carlos,
2014.
Dissertação (Mestrado) - Programa de Pós-Graduação
em Engenharia Elétrica e Área de Concentração em
Sistemas Dinâmicos -- Escola de Engenharia de São
Carlos da Universidade de São Paulo, 2014.
1. Ambientes dinâmicos. 2. Otimização. 3.
Planejamento de trajetórias. 4. Replanejamento de
trajetórias. 5. RRT. 6. Primitivas de movimento. 7.
Custo computacional. I. Título.
iii
iv
Dedicat(cid:243)ria
(cid:201) com carinho que dedico este tra-
balho aos meus pais, Lisa Mara e Hi-
parco, e (cid:224)s minhas irmªs, Andrezza,
Maria Clara e L(cid:237)via, pelo constante
apoio, carinho, amizade e palavras
de motiva(cid:231)ªo.
vi
Agradecimentos
Ao meu orientador, Prof. Dr. Valdir Grassi Jr, meus sinceros agradecimentos pelo
empenho, pela dedica(cid:231)ªo, pelas valiosas discussıes durante o andamento da pesquisa e
pela con(cid:28)an(cid:231)a depositada em mim.
(cid:192) institui(cid:231)ªo Universidade de Sªo Paulo em Sªo Carlos por toda excelente infraestruta
oferecida.
Aos amigos e a(cid:28)ns do grupo LØon Denis, por todo carinho, considera(cid:231)ªo, companhia,
apre(cid:231)o, amizade, grandes momentos vividos durante o mestrado.
Aos amigos do Laborat(cid:243)rio de Sistemas Inteligentes - LASI pelo companheirismo e
grandes momentos em que estivemos juntos, que me trouxeram muita alegria e muito
aprendizado.
(cid:192) CAPES (Comissªo de Aperfei(cid:231)oamento de Pessoal de N(cid:237)vel Superior) e (cid:224) FAPESP
(Funda(cid:231)ªo de Amparo (cid:224) Pesquisa do Estado de Sªo Paulo) pela bolsa de mestrado conce-
dida para o desenvolvimento deste trabalho.
Aos amigos an(cid:244)nimos que muito contribu(cid:237)ram para que eu pudesse realizar mais esta
etapa da minha vida, onde obtive valiosos ensinamentos.
Aos meus pais, av(cid:243)s e av(cid:244)s, tios, tias e irmªs, por estarem ao meu lado frente (cid:224)s
di(cid:28)culdades.
A Deus pela ben(cid:231)ªo, saœde, pelas constantes oportunidades de aprendizado, amizades
desenvolvidas, e valiosos ensinamentos.
viii
ix
Resumo
Vieira, H. L. Redu(cid:231)ªo do Custo Computacional do Algoritmo RRT AtravØs de
Otimiza(cid:231)ªo por Elimina(cid:231)ªo. Disserta(cid:231)ªo (Mestrado) - Escola de Engenharia de Sªo
Carlos, Universidade de Sªo Paulo, Sªo Carlos, 2014.
A aplica(cid:231)ªo de tØcnicas baseadas em amostragem em algoritmos que envolvem o pla-
nejamento de trajet(cid:243)rias de rob(cid:244)s tem se tornado cada vez mais difundida. Deste grupo,
um dos algoritmos mais utilizados Ø chamado Rapidly-exploring Random Tree (RRT),
que se baseia na amostragem incremental para calcular de forma e(cid:28)ciente os planos de
trajet(cid:243)ria do rob(cid:244) evitando colisıes com obstÆculos. VÆrios esfor(cid:231)os tem sido realizados a
(cid:28)m de reduzir o custo computacional do algoritmo RRT, visando aplica(cid:231)ıes que necessi-
tem de respostas mais rÆpidas do algoritmo, como, por exemplo, em ambientes din(cid:226)micos.
Um dos dilemas relacionados ao RRT estÆ na etapa de gera(cid:231)ªo de primitivas de movi-
mento. Se vÆrias primitivas sªo geradas, permitindo o rob(cid:244) executar vÆrios movimentos
bÆsicos diferentes, um grande custo computacional Ø gasto. Por outro lado, quando poucas
primitivas sªo geradas e, consequentemente, poucos movimentos bÆsicos sªo permitidos,
o rob(cid:244) pode nªo ser capaz de encontrar uma solu(cid:231)ªo para o problema, mesmo que esta
exista. Motivados por este problema, um mØtodo de gera(cid:231)ªo de primitivas de movimento
foi proposto. Tal mØtodo Ø comparado com os mØtodos tradicional e aleat(cid:243)rio de gera(cid:231)ªo
de primitivas, considerando nªo apenas o custo computacional de cada um, mas tam-
bØm a qualidade da solu(cid:231)ªo obtida. O mØtodo proposto Ø aplicado ao algoritmo RRT,
que depois Ø aplicado em um caso de estudo em um ambiente din(cid:226)mico. No estudo de
caso, o algoritmo RRT otimizado Ø avaliado em termos de seus custos computacionais
durante planejamentos e replanejamento de trajet(cid:243)ria. As simula(cid:231)ıes sªo realizadas em
dois simuladores: um desenvolvido em linguagem Python e outro em Matlab.
x
Palavras(cid:21)Chave: ambientes din(cid:226)micos, otimiza(cid:231)ªo, planejamento de trajet(cid:243)rias,
replanejamento de trajet(cid:243)rias, RRT, primitivas de movimento, custo computacional.