Sistema de computação em borda para controle preditivo de veículos autoguiados em redes sem fio sujeitas à degradação.

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: OMENA, Rômulo Afonso Luna Vianna de.
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Campina Grande; Brasil; Centro de Engenharia Elétrica e Informática - CEEI; PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA; UFCG
• Palavras-chave em Português: Indústria 4.0.; Computação na borda; Controle Preditivo baseado em Modelo (MPC); Veículos autoguiados (AGVs); Robô móvel de tração diferencial; ROS 2; Gazebo; Industry 4.0.; Edge computing; Model Based Predictive Control (MPC); Self-guided vehicles (AGVs); Differential drive mobile robot; Engenharia Elétrica.; Sistemas de Computação.
• Link de acesso: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/30896

Os veículos autoguiados ou AGVs (Automated Guided Vehicles) são elementos essenciais para o transporte de materiais na indústria. No cenário da Indústria 4.0 e da Internet Indus- trial das Coisas, espera-se que a frota de AGVs esteja conectada e integrada ao sistema de gerenciamento da fábrica, sendo flexível e se adaptando às novas demandas. Os sistemas de controle de AGVs com navegação em rotas fixas podem não atender a esses requisitos. A computação na borda traz os recursos computacionais de nuvem para a borda da rede, por- tanto, estarão mais próximos dos usuários. Esses recursos podem ser acessados com rede de comunicação sem fio e assim aplicados em demandas industriais. Os AGVs podem se bene- ficiar disso ao transferir para o servidor de borda as atividades que demandam mais recursos computacionais. Entretanto, a rede sem fio no ambiente industrial está sujeita às degradações no sinal, que podem ser causadas por interferências, reflexões do sinal, efeitos de sombrea- mento, absorção das ondas eletromagnéticas, entre outros desafios. O AGV, como um robô móvel, pode atravessar áreas em que o sinal esteja degradado, podendo resultar em colisões e acidentes. Resultados de experimentos realizados sugerem que o Controle Preditivo baseado em Modelo (MPC - Model Predictive Control) executado no servidor de borda, aliado a uma estratégia de compensação de atrasos e perdas de pacotes implementada no robô, pode ser utilizado para mitigar essas degradações na rede de comunicação. Na sequência, uma arquitetura que inclui uma dupla camada de MPCs é proposta para o controle de múltiplos AGVs. A primeira camada, executada no servidor de borda, planeja a trajetória dos AGVs de modo global, prevenindo colisões dos AGVs com obstáculos fixos e entre si. No computador embarcado no AGV, o compensador utilizado nos experimentos anteriores dá lugar a outro MPC de rastreamento da trajetória, o qual deve receber do servidor de borda a trajetória do respectivo AGV e rastreá-la. Resultados de experimentos realizados em quatro cenários de validação indicam que, a partir da arquitetura proposta é possível conduzir os AGVs sem colisões, inclusive na ocorrência de atrasos e perdas de pacotes na rede de comunicação. Além disso, as atividades que demandam mais recursos computacionais são executadas no servidor de borda, de forma que o computador embarcado no AGV pode ser mais simples, reduzindo os custos e o consumo de bateria