Use este identificador para citar ou linkar para este item:
https://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/26163| Tipo de Documento: | Dissertação |
| Título: | Uma extensão do algoritmo RRT para a representação compacta do espaço de configurações em alta dimensionalidade |
| Autor(es): | Castro, Gil Gleitson Santos Evangelista de |
| Data do documento: | 21-Ago-2026 |
| Orientador: | Carvalho, Elyson Ádan Nunes |
| Coorientador: | Molina, Lucas |
| Resumo: | O planejamento de caminho em espaços de alta dimensionalidade constitui um dos principais desa os da robótica moderna, especialmente devido à complexidade do espaço de con gurações (Cspace) e ao elevado custo computacional associado à sua exploração. Métodos probabilísticos baseados em amostragem, como a Rapidly-exploring Random Tree (RRT), destacam-se por sua capacidade de lidar com esses cenários. Contudo, quando empregados com o objetivo de explorar amplamente o espaço, tendem a apresentar perda de e ciência devido à geração excessiva de nós redundantes, o que implica maior custo computacional e de armazenamento. Diferentemente da abordagem clássica da RRT, essencialmente voltada à obtenção de caminhos entre con gurações especí cas, este trabalho investiga o uso do algoritmo como ferramenta para a construção de uma representação compacta do espaço de con gurações, buscando ampliar a cobertura das regiões exploradas e reduzir redundância da estrutura gerada. Nesse contexto, esta dissertação propõe uma extensão do algoritmo RRT-Edge por meio de um mecanismo de polarização n-dimensional contínuo e estritamente independente de discretização. A abordagem introduz uma estratégia baseada na de nição analítica de uma região de exploração ao redor dos nós e arestas, associada a um processo de amostragem polarizada orientado por uma distribuição exponencial. Esse mecanismo direciona a geração de amostras para regiões promissoras do espaço, reduzindo a incidência de expansões redundantes e promovendo uma exploração mais e ciente e estruturalmente organizada do ambiente. Adicionalmente, é proposta uma métrica de avaliação baseada no método de Monte Carlo para quanti car a taxa de b c exploração do espaço, permitindo análises comparativas consistentes em diferentes dimensões. O método desenvolvido, denominado RRT-Edge Continuous Polarization (RRT-EdgeCP), apresenta uma formulação generalizada da estratégia de polarização para espaços de con guração n-dimensionais. A abordagem é validada nesta pesquisa por meio de experimentos em ambientes bidimensionais e tridimensionais, utilizados como prova de conceito. Esses cenários permitem analisar o comportamento exploratório da árvore, avaliar a dispersão e a redundância de sua estrutura e comparar a abordagem proposta com diferentes variantes da RRT. Os resultados experimentais demonstraram que a abordagem proposta proporcionou maior cobertura do espaço explorado, especialmente nas etapas iniciais da exploração. Observou-se também uma redução da redundância estrutural, associada ao direcionamento das expansões para regiões ainda não representadas pela árvore. Dessa forma, a proposta contribui para o desenvolvimento de estratégias de exploração e representação de espaços de con guração n-dimensionais, oferecendo uma abordagem de polarização contínua e independente de discretização espacial. Os resultados obtidos indicam o potencial da estratégia para a construção de representações compactas do espaço livre, mantendo a exibilidade necessária para sua aplicação em diferentes dimensões e cenários de exploração robótica. |
| Abstract: | Path planning in high-dimensional spaces is one of the main challenges in modern robotics, due to the complexity of the con guration space (Cspace) and the high computational cost associated with its exploration. Sampling-based probabilistic methods, such as the Rapidly-exploring Random Tree (RRT), stand out for their ability to handle these scenarios. However, when employed with the objective of extensively exploring the space, they tend to exhibit a loss of e ciency due to the excessive generation of redundant nodes, which entails higher computational and storage costs. Unlike the classical RRT approach, essentially focused on nding paths between speci c con gurations, this work investigates the use of the algorithm as a tool to build a compact representation of the free con guration space, focusing on maximizing coverage and computational e ciency. In this context, this dissertation proposes an extension of the RRT-Edge algorithm through an n-dimensional continuous polarization mechanism strictly independent of discretization. The approach introduces a strategy based on the analytical de nition of an exploration region around nodes and edges, coupled with a polarized sampling process guided by an exponential distribution. It guides sample generation toward promising regions of the space, reducing the incidence of redundant expansions and promoting a more e cient and structurally organized exploration of the environment. Additionally, an evaluation metric based on the Monte Carlo method is proposed to quantify the space exploration rate, allowing consistent comparative analyses across di erent dimensions. The developed method, referred to as RRT-Edge Continuous Polarization (RRT-EdgeCP), presents a generalized formulation of the polarization strategy for n-dimensional con guration spaces. The approach is validated in this research through experiments in d e two- and three-dimensional environments, used as a proof of concept. These scenarios allow the exploratory behavior of the tree to be analyzed, its structural dispersion and redundancy to be evaluated, and the proposed approach to be compared with di erent RRT variants. The experimental results demonstrated that the proposed approach achieved greater coverage of the explored space, particularly during the initial stages of exploration. A reduction in structural redundancy was also observed, associated with directing expansions toward regions not yet represented by the tree. Thus, the proposed approach contributes to the development of strategies for the exploration and representation of n-dimensional con guration spaces, providing a continuous polarization approach that is independent of spatial discretization. The results indicate the potential of the strategy for constructing compact representations of the free space while maintaining the exibility required for its application across di erent dimensions and robotic exploration scenarios. |
| Palavras-chave: | Engenharia elétrica Robótica Robôs móveis Amostragem Espaço Robótica móvel Amostragem polarizada Espaços n-dimensionais Representação compacta Mobile robotics Rapidly-exploring Random Tree (RRT) Polarized sampling N-dimensional spaces Compact representation |
| área CNPQ: | ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA |
| Agência de fomento: | Fundação de Apoio a Pesquisa e à Inovação Tecnológica do Estado de Sergipe - FAPITEC/SE |
| Idioma: | por |
| Sigla da Instituição: | Universidade Federal de Sergipe (UFS) |
| Programa de Pós-graduação: | Pós-Graduação em Engenharia Elétrica |
| Citação: | CASTRO, Gil Gleitson Santos Evangelista de. Uma extensão do algoritmo RRT para a representação compacta do espaço de configurações em alta dimensionalidade. 2026. 76 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) — Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, 2026. |
| URI: | https://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/26163 |
| Aparece nas coleções: | Mestrado em Engenharia Elétrica |
Arquivos associados a este item:
| Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
|---|---|---|---|---|
| GIL_GLEITSON_SANTOS_EVANGELISTA_CASTRO.pdf | 9,89 MB | Adobe PDF | ![]() Visualizar/Abrir |
Os itens no repositório estão protegidos por copyright, com todos os direitos reservados, salvo quando é indicado o contrário.
