Behavior based autonomous mobile Robot for industrial logistics

Abstract

The design of robot behaviors to meet the requirements of the new industrial era - Industry 4.0 - has grown significantly in recent years. Especially the demand for flexible and adaptable systems has increased exponentially since intelligent robots started to be integrated into assembly lines and replace human activities. Tools such as Finite State Machines have proven to be an understandable and quick way to solve high-level problems in robotics; however, unmanageable when complexity rises. They become confusing and unreadable, making their modification and mainte- nance a problem. New tools, such as Behavior Trees, have emerged, creating modular, flexible, and adaptable systems without sacrificing readability with the increased com- plexity. The proposed architecture follows a hierarchical layered approach taking advantage of Behavior Trees, developing modular robot skills and system interfaces to create an autonomous behavior-based system. The software was implemented and tested in an Autonomous Mobile Robot capable of navigating complex environments and executing basic tasks. The results showed real advantages in using the layer-based approach, particularly giving the system modularity and increased flexibility capable of being easily improved and used in other systems. It was also concluded that Behavior Trees are an adequate tool for reactive systems in highly dynamic environments.

Nos últimos anos, tem-se verificado um crescimentos na modelação de comportamen- tos robóticos com o objetivo de satisfazer necessidades dos novos paradigmas da indústria. Em particular, na indústria 4.0, com a integração de robôs nas linhas de produção e a subs- tituição dos humanos em diversas atividades, tem-se verificado um aumento na exigência de sistemas mais adaptáveis e flexíveis. Ferramentas tais como as máquinas de estado provaram ser percetíveis e de fácil uti- lização na resolução de problemas na área da robótica. No entanto, com o aumento da complexidade, tornam-se problemáticas pela sua desorganização e ilegibilidade. Por con- seguinte, emergiram novas estruturas, tais como as árvores de comportamento, capazes de tornar os sistemas mais modulares e flexíveis. A arquitetura por hierarquisação de camadas proposta, tira partido das vantagens das árvores de comportamento, com o desenvolvimento de comportamentos e interfaces de modo a criar um sistema reativo e autónomo. O software foi implementado e testado num robô móvel autónomo, capaz de navegar em ambientes complexos e de executar tarefas basicas. Os resultados mostraram vantagens na utilização da arquitetura proposta, em parti- cular, trazendo modularidade e flexibilidade ao sistema robótico, permitindo uma futura melhoria de cada um dos módulos, tal como, a sua utilização noutros sistemas.