Sistema de computação em borda para controle preditivo de veículos autoguiados em redes sem fio sujeitas à degradação
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Data
2023
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Resumo
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 Industrial
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, portanto,
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 beneficiar
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 sombreamento,
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.
Descrição
Palavras-chave
1. Indústria 4.0. 2. Computação na Borda. 3. Controle Preditivo baseado em Modelo. 4. Veículos Autoguiados