Hero: an open platform for robotics research and education
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Hero: uma plataforma aberta para pesquisa e educação em robótica
Primeiro orientador
Membros da banca
Omar Paranaiba Vilela Neto
Guilherme Augusto Silva Pereira
Guilherme Augusto Silva Pereira
Resumo
This thesis presents the design and development of a novel low-cost robotic platform specifically tailored for swarm experimentation. While small robots may have inherent limitations in locomotion, sensing, and communication, leveraging groups of these simple robots can overcome individual constraints and achieve complex tasks beyond the capabilities of a single robot. Our platform embraces the concept of swarm robotics, wherein robots are optimized for generic collective activities. Although various swarm robots have been proposed, many of these are unsuitable, mainly due to the high cost of the platforms and the logistics for acquiring them. In this thesis, we surveyed existing swarm robot platforms, considering their suitability for experimentation. Based on our evaluation, our proposed platform stands out due to its affordability, ease of assembly, and seamless integration with ROS (Robot Operating System), ensuring convenient programmability. Throughout the design process, we prioritized high modularity, cost-effectiveness using commercially available components, and reliable processing power and sensing capabilities. Experiments were conducted on motion control, localization, distance sensing, power consumption, and communication to assess the robot's capabilities. The results demonstrated its robustness, presenting fast and stable motion control, accurate localization, long-range distance sensing, and long-term power autonomy. With ROS, the platform proved reliable and scalable in terms of programming and communication. In conclusion, our swarm platform offers a viable and suitable solution for swarm experimentation, owing to its reduced cost, user-friendly design, and compact size. Future work will focus on improving the internal filters for localization and the assembly process of the platform.
Abstract
Esta dissertação apresenta o design e desenvolvimento de uma nova plataforma robótica de baixo custo especificamente projetada para experimentos com enxames de robôs. Embora os robôs pequenos possam apresentar limitações inerentes em locomoção, sensoriamento e comunicação, grupos destes robôs simples podem superar restrições individuais e alcançar tarefas complexas, além das capacidades de um único robô. Dessa forma, a plataforma proposta segue o conceito de robótica de enxame, em que os robôs são otimizados para diferentes atividades coletivas. Apesar de vários robôs terem sido propostos, muitos destes são inadequados para enxames devido ao alto custo das plataformas e às logísticas de aquisição. Nesta dissertação, realizamos um levantamento dos robôs de enxame existentes, considerando sua adequação para uso em experimentos. Com base em nossa avaliação, a plataforma proposta se destaca devido à seu custo, facilidade de montagem e integração com o ROS (Robot Operating System), garantindo facilidade de programação. No projeto, priorizamos alta modularidade, eficiência de custos usando componentes disponíveis comercialmente e alta capacidades de processamento e sensoriamento. Experimentos demonstraram sua robustez, apresentando controle de movimento estável, localização precisa, sensoriamento de longo alcance e longa autonomia de energia. Com o ROS, a plataforma provou ser confiável e escalável em termos de programação e comunicação. Em conclusão, a plataforma proposta oferece uma solução viável e adequada para experimentação em enxames, devido ao seu custo reduzido, design amigável ao usuário e tamanho compacto. Trabalhos futuros devem aprimorar os filtros internos para localização e o processo de montagem.
Assunto
Computação – Teses, Robótica – Teses, Robôs móveis – Teses, Robôs – Design – Teses, Robôs Autônomos.
Palavras-chave
Mobile robotics, Robot design, Swarm robotics, Autonomous robot
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