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

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dc.contributor.advisor-co1Santos, Danilo Freire de Souza
dc.contributor.advisor1Perkusich, Angelo
dc.contributor.referee1Lima, Antonio Marcus Nogueira
dc.contributor.referee2Silva, Jaidilson Jó da
dc.contributor.referee3Brito, Alisson Vasconcelos de
dc.contributor.referee4Pereira, Carlos Eduardo
dc.contributor.referee5Valadares, Dalton Cézane Gomes
dc.creatorOmena, Rômulo Afonso Luna Vianna de
dc.date.accessioned2025-07-08T12:30:19Z
dc.date.available2025-07-08T12:30:19Z
dc.date.issued2023
dc.description.abstractAutomated Guided Vehicles (AGVs) are essential for industry material transportation. In the Industry 4.0 and Industrial Internet of Things scenario, the AGV fleet is expected to be connected and integrated into the factory management system, being flexible and adapting to new demands. AGV control systems with fixed path navigation may not meet these requirements. Edge computing brings cloud resources to the network’s edge, making them closer to users. These resources can be accessed through a wireless network and applied to industrial demands. The AGVs can benefit from this when offloading tasks that require more computing resources to the edge server. However, the wireless network in the industrial environment is subject to degradation due to interference, signal reflections, shadowing effects, and electromagnetic wave absorption, among other challenges. The AGV, as a mobile robot, may traverse areas where the signal is degraded, increasing risks of collisions and accidents. Results of experiments suggest that Model Predictive Control (MPC) executed at the edge server, combined with a delay and packet loss compensation strategy implemented in the robot, can be used to mitigate these network degradations. In sequence, a two-tier architecture with MPCs is proposed to control multiple AGVs. The first tier, executed on the edge server, plans the trajectory of the AGVs globally, preventing collisions of the AGVs with fixed obstacles and each other. In the computer embedded in the AGV, the compensator used in the previous experiments gives place to a trajectory-tracking MPC, which must receive the trajectory of the respective AGV from the edge server and track it. Results of experiments carried out in four validation scenarios indicate that from the proposed architecture, it is possible to drive the AGVs without collisions, even in the communication network’s occurrence of delays and packet losses. In addition, tasks that demand more computational resources are offloaded to the edge server so that the computer embedded in the AGV can have more restricted resources, reducing costs and battery consumption.
dc.description.resumoOs 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.
dc.identifier.urihttps://repositorio.ifal.edu.br/handle/123456789/1042
dc.language.isopt
dc.publisher.countryBrasil
dc.publisher.departmentCampus Maceió
dc.relation.referencesOmena, Rômulo Afonso Luna Vianna de. Sistema de computação em borda para controle preditivo de veículos autoguiados em redes sem fio sujeitas à degradação / Rômulo Afonso Luna Vianna de Omena. – Campina Grande, 2023. 169 f.: il. color. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) – Universidade Federal de Campina Grande, Centro de Engenharia Elétrica e Informática, 2023. "Orientação: Prof. Dr. Angelo Perkusich; Prof. Dr. Danilo Freire de Souza Santos". Referências.
dc.subject1. Indústria 4.0. 2. Computação na Borda. 3. Controle Preditivo baseado em Modelo. 4. Veículos Autoguiados
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
dc.titleSistema de computação em borda para controle preditivo de veículos autoguiados em redes sem fio sujeitas à degradação
dc.typeTese

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