Navegación Multi-Robot con Detección de Colisiones

Desafío

Este proyecto presenta un entorno de simulación flexible y dinámico diseñado como un Gemelo Digital de un sistema de navegación multi-robot del mundo real. Construido usando AnyLogic, el modelo permite interacción en tiempo real con clientes y servidores externos, soporta configuración dinámica de mapas y propiedades de robots vía archivos JSON, y simula comportamientos realistas como detección de obstáculos, ejecución de tareas y coordinación de robots.

En sistemas que involucran múltiples robots autónomos navegando entornos compartidos, las colisiones pueden llevar a interrupciones operacionales significativas. Los clientes requieren una plataforma de pruebas para validar algoritmos de navegación y asignación de tareas sin el costo o riesgo de experimentación en vivo.

Solución

Usando AnyLogic como cliente y servidor, la simulación imita el comportamiento en tiempo real de una flota de robots dentro de un mapa configurable. Cada robot es un agente que actúa como servidor local (recibiendo tareas) y como cliente (enviando actualizaciones de estado) a través de servidores HTTP de Java.

Capacidades Principales

• Mapa y configuración de robots completamente dinámicos usando archivos JSON, permitiendo pruebas en múltiples mapas sin cambiar AnyLogic
• Comunicación en tiempo real con APIs externas para recibir planes de movimiento y devolver estados de robots
• Evitación de obstáculos usando Zonas de Seguridad y lógica de cuadrantes espaciales
• Representación visual y lógica de nodos, enlaces, robots y áreas restringidas
• Validación de ejecución de tareas a través de colisiones simuladas, detección de obstáculos y seguimiento de batería

Arquitectura de la Simulación

• Paradigma Basado en Agentes: El mapa, los robots y los obstáculos estáticos son modelados como agentes
• Generación del mapa: Construido dinámicamente desde entrada JSON describiendo nodos, enlaces, obstáculos y zonas especiales
• Perfiles de robots: Archivo JSON separado con dimensiones, puerto del servidor, nivel de batería, velocidad, velocidad de rotación y zonas de seguridad configurables

Interacción Cliente-Servidor

• Robot como Servidor: Cada robot abre un servidor local para recibir instrucciones de tareas de una API externa
• Robot como Cliente: Cada robot reporta su posición y nivel de batería al servidor externo de toma de decisiones

Manejo de Colisiones

• Sistema de Cuadrantes: El entorno se divide en cuadrantes espaciales para reducir la carga computacional — solo se verifican cuadrantes adyacentes durante el movimiento
• Zonas de Seguridad: Múltiples zonas configurables que se extienden desde el cuerpo de cada robot. Si un obstáculo entra en una zona de seguridad, el robot reduce la velocidad. Al contacto con el cuerpo, el robot se detiene y marca la tarea como fallida

Resultados

Esta simulación opera en tiempo real y se usa para:

• Verificar visualmente el comportamiento del robot cuando se le dan planes de movimiento
• Identificar colisiones potenciales y evaluar la viabilidad del plan
• Servir como banco de pruebas para algoritmos externos, permitiendo depuración e iteración sin riesgo

Beneficios Clave

• Mitigación de riesgos: Probar comportamientos en un entorno virtual seguro antes de desplegar robots físicos
• Flexibilidad: Mapas, tipos de robots y reglas de simulación completamente personalizables
• Retroalimentación en tiempo real: Comunicación continua con sistemas externos permite pruebas dinámicas
• Escalabilidad: Agregar más robots u obstáculos solo requiere actualizar archivos de configuración

Características del Proyecto

• Industria: Robótica
• Modelo: Basado en Agentes
• Duración: 3 meses