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Plano de pesquisa de mestrado em
ciência da computação.
Márcio G. Morais
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Introdução • Falhas em Robótica
• Sistema de múltiplos robôs
• Software em robótica
Estado da Arte • Situação dos Frameworks c/ tolerância a falhas
• Abstração em Programação de Robôs
Plano de Pesquisa • Motivação
• Objetivo e Escopo
• Problema de Pesquisa Tolerância a Falhas Cooperativa
Cronograma e Atividades
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Laboratórios – ambiente controlado
Mundo real – dinâmico e imprevisível
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Linhas de produção da indústria
Agricultura de precisão
Pecuária
Entretenimento
Pesquisa espacial
Logistica de tropas e bombardeios
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Causam defeitos!!!
Mundo real – dinâmico e imprevisível
Interação com humanos e outros robôs
Interação com o ambiente
Uso contínuo – desgaste natural
Fenômenos naturais
Suscetibilidade à interferências
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Falhas podem ocasionar
Confiança do usuário no sistema
Interação com humanos – risco à integridade
Manutenção não programada - Prejuízos na produção
Robôs – projetos customizados – custo ao usuário
Resultado diferente do esperado – Prejuízo na produção
Tolerância a Falhas
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Vantagens e aplicações
• Menor tempo para atingir objetivos Paralelismo na execução de tarefas
• Resolver tarefas complexas com custo mais baixo Redes de diferentes robôs especializados
• Exemplo de aplicação Sistemas de busca e coleta Qual robô está disponível?
Qual robô está mais próximo? Qual robô é capaz de coletar um determinado item?
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Uso do framework devido ao alto grau de complexidade do software • Sistema distribuído
• Modular
• Comprometido com restrições de tempo real
Arranjo em camadas • Separação de responsabilidades
• Baixo acoplamento
• Alta coesão
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Framework – arranjo em camadas
Camada funcional – interface
entre o hardware e as demais
camadas
Camada de execução -
infraestrutura de software - troca de
informações entre camadas ou
módulos
Camada de decisão - definição
dos objetivos, execução de
ações e avaliação de sucesso
ou falha
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Grande parcela dos frameworks não possui
implementação de tolerância a falhas
Uma parcela menor possui de forma
implícita
Pequena parte possui sistema tolerante a
falhas
A. Elkady e T. Sobh, “Robotics Middleware: A Comprehensive Literature Survey
and Attribute-Based Bibliography,” em Journal of Robotics, 2012.
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D. Crestani e K. Godary-Dejean, “Fault Tolerance in Control Architectures for Mobile
Robots: Fantasy or Reality?,” em 7th National Conference on Control Architectures of
Robots, 2012.
Rotinas de controle tolerante a falhas • Eficientes enquanto atuam sobre sensores e atuadores
• Não estão aptos a considerar falhas relacionadas ao conhecimento de alto nível
Mecanismos de recuperação de falhas eficientes
• Soluções não são flexíveis para gerenciar situações experimentadas durante missões complexas.
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Redes homogêneas de robôs
Cooperação entre agentes na forma de redundância
de sensores
Detecção ocorre quando dois robôs se encontram
Isolamento ocorre quando três robôs se encontram
Falhas de alto nível são consideradas “falso
positivo”
R. A. Carrasco, F. Núñez e A. Cipriano, “Fault detection and isolation in cooperative
mobile robots using multilayer architecture and dynamic observers,” Robotica, pp.
555-562, 2011.
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Middleware + linguagem de agente • Maioria dos sistemas robóticos multiagentes Comunicação entre os agentes desenvolvendo
software customizado
• Uso de sistemas multiagentes Software resultante é mais reusável, escalável e
flexível
Mantém a robutez e os requisitos de modularidade Oferece padrão de comunicação entre agentes
Permite sistema tolerante a falhas de alto nível
• Abstração dos detalhes de hardware
P. Iñigo-Blasco, F. Diaz-del-Rio, M. C. Romero-Ternero, D. Cagigas-Muñiz e S. Vicente-
Diaz, “Robotics software frameworks for multi-agent robotic systems development,”
Robotics and Autonomous Systems, vol. 60, pp. 803-821, 2012.
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Aumento do uso de robôs
Aumento da expectativa
quanto ao funcionamento
Sistemas múltiplos robôs
Assumir tarefas
Potencial Robustez via
redundância
Necessidade de maior abstração para descrever
aplicação de tolerância a falhas
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Sistema de tolerância a falhas descrito em
linguagem de alto nível • Abstração de detalhes de hardware
• Cooperação entre múltiplos robôs
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Como? Integração do framework e sistema multiagente
Propor processos de software que possibilitem
o trânsito de informação entre as camadas de
software
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Infraestrutura para permitir a comunicação
entre agentes
Troca de mensagens entre a camada de
alto nível dos robôs
Integrar middleware e sistema multiagente
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Técnicas de detecção e recuperação de falhas
utilizando sistema multiagente
Múltiplos robôs
Falhas físicas
Falhas de interação
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1. Estudo do middleware • Estudo das principais características e recursos
de comunicação oferecidos pelo middleware
• Ao final desta etapa espera-se ter conhecimento
detalhado sobre o middleware e os pontos
estratégicos a serem trabalhados para viabilizar
o método proposto
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2. Estudo do sistema multiagentes • Estudo das características do sistema
multiagente, da sua infraestrutura e sistema de
troca de mensagens entre agentes focando na
integração com o middleware
• Ao final desta etapa espera-se ter o
conhecimento necessário para efetuar as
mudanças necessárias à integração;
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3. Integração do middleware com sistema
multiagente • Baseado nos estudos das duas atividades
anteriores, realizar a integração middleware com
o sistema multiagente
• Desenvolver uma pequena aplicação multiagente
para validar a implementação e avaliação de
desempenho.
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4. Definição de situações de falhas • Análise das características dos diferentes tipos de
robôs disponíveis para este estudo
• Definir um conjunto de possíveis falhas, sejam
elas físicas ou de interação
• Desenvolver um método cooperativo de detecção,
isolamento, e recuperação das falhas entre
múltiplos robôs
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5. Desenvolvimento de processos
sintetizadores • Desenvolver os processos da camada de
execução capazes que receber informações de sensores por meio de mensagens oriundas de um ou mais processos da camada funcional
• Sintetizar tais informações gerando um percepção sobre si mesmo ou sobre o ambiente e enviar para o processo na camada de decisão no qual o sistema multiagente está sendo executado
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6. Desenvolvimento de processos
decompositores • Desenvolver os processos da camada de
execução capazes de receber ações por meio de
mensagens oriundas da camada de decisão e
decompor tais ações em um conjunto ou
sequência de comandos, enviados para os
processos da camada funcional
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7. Desenvolvimento de estudo de caso • Validação e avaliação dos métodos de tolerância
a falhas em múltiplos robôs
8. Revisão do Estado da Arte • Revisão, de forma contínua, de publicações
científicas relacionadas com este trabalho
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9. Seminário de Andamento
• Revisão das atividades listadas • Apresentação sobre o andamento de tais atividades e
pesquisas relacionadas
10. Escrita de Artigos • Escrita de artigos relacionados aos métodos, algoritmos e
técnicas empregados no trabalho
11. Escrita da Dissertação
12. Defesa da Dissertação
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ID Atividade 2014 Jan 2014 Fev 2014 Mar 2014 Abr 2014 Mai 2014 Jun 2014 Jul 2014 Ago 2014 Set 2014 Out 2014 Nov 2014 Dez 2015 Jan
1 Estudo do middleware X X
2 Estudo do sistema multiagentes X X
3 Integração do middleware com sistema multiagente X X
4 Definição de situações de falhas X
5 Desenvolvimento de processos sintetizadores X X X
6 Desenvolvimento de processos decompositores X X X
7 Desenvolvimento de estudo de caso X X
8 Revisão do Estado da Arte X X X X X X X X X X X X
9 Seminário de Andamento X X
10 Escrita de Artigos X X
11 Escrita da Dissertação X X X
12 Defesa da Dissertação X