%36تخفیف

دانلود پروژه: حسگری، تعامل و جوش اطلاعات روبات‌های متحرک در محیط ناشناخته

تعداد135صفحه در فایل word

کارشناسی ارشد رشته مهندسی فناوری اطلاعات گرایش تکنولوژی اطلاعات

 

حسگری، تعامل و جوش اطلاعات روبات‌های متحرک در محیط ناشناخته

چکیده

بسیاری از کاربردهای روبات‌ها در محیط ناشناخته نیازمند ساخت نقشه از محیط است در غیر این صورت انجام وظیفه بر اساس حسگری محلی و نتیجه بهینه محلی یا غیر بهینه خواهد بود. برای نقشه سازی با استفاده از حسگری روبات‌ها دانستن موقعیت آن‌ها به صورت قطعی یا نسبی نیاز است که در این پژوهش از روش فضای اطلاعات برای این منظور استفاده شده است. با توجه به توانایی محدود یک روبات، استفاده از یک تیم روبات نتایج بهتری از جمله کاهش استفاده از منابع مانند زمان و افزایش بهره­وری به دنبال دارد. از این رو در این پژوهش یک تیم شامل سه نوع روبات در نظر گرفته‌شده که وظیفه نقشه سازی را بر عهده دارند. تفاوت روبات‌ها با یکدیگر در نوع حسگر آن‌هاست و در انتخاب حس‌گرها سعی شده از حس گرهای متفاوت و نزدیک به انواع موجود در دنیای واقعی استفاده شود.

تفاوت در نوع حس‌گرها تفاوت در نوع اطلاعات را سبب می‌شود و از این رو به الگوریتم جوش اطلاعات نیاز است تا انواع مختلف اطلاعات را باهم در آمیخته نتیجه مورد نظر را در اختیار کاربر قرار دهد. از نقشه به دست آمده برای حل مسئله هدایت عامل‌های متمایز متحرک در محیط شامل چند هدف از چند نوع، با توجه به برنامه هر عامل با هدف تخصیص و متعادل کردن بار سیستم استفاده می‌شود. رفتار عامل‌ها و سرویس‌دهی هدف‌ها در محیط از توزیع‌های احتمالی پیروی می‌کند و برای حرکت عامل‌ها از برنامه‌ریزی بازخورد ترکیبی با استفاده از سیستم مبتنی بر قواعد استفاده می‌شود.

الگوریتم‌های طراحی‌شده برای نقشه‌سازی از محیط و هدایت عامل‌های متحرک در محیط شبیه‌سازی به ترتیب برای بیست و پنج و ده محیط اجرا شده نتایج به دست آمده در قالب جدول و نمودار در فصل پنج آورده شده است. الگوریتم‌های معرفی شده در همه محیط‌های شبیه‌سازی به‌خوبی اجراشده و علاوه بر اجرای الگوریتم‌ها در شرایط نرمال حساسیت آن‌ها در تغییر فاکتورهای وابسته نیز تحلیل شده است. میانگین زمان نقشه سازی برای یک محیط مربعی با ضلع شش متر در بیست و پنج محیط اجرا شده با تقریبا کمتر از چهار دقیقه است که زمان مناسبی برای نقشه سازی دقیق با روبات‌هایی کوچک می‌باشد. زمان نقشه سازی با طول کل دیوارها در محیط و فضای خالی محیط رابطه مستقیم و خطی دارد. زمان سلول‌بندی محیط با تعداد اهداف و برنامه‌ریزی بازخورد با تعداد سلول‌ها رابطه مستقیم دارد.

کلید واژه‌ها: نقشه سازی، جوش اطلاعات در روبات‌ها، هدایت عوامل متحرک، روش فضای اطلاعات، برنامه‌ریزی بازخورد

 فهرست مطالب

فصل1- مقدمه. 1

1-1 بیان مسئله و ضرورت تحقیق.. 3

1-2 اهداف تحقیق و علت انتخاب موضوع. 4

1-3 جنبه‌های نوآوری تحقیق.. 5

1-4 پیش‌فرض‌ها 5

1-5 روش تحقیق.. 5

1-6 ساختار پایان نامه. 6

1-7 خلاصه فصل.. 6

فصل2- مرور متون علمی.. 8

2-1 مقدمه. 8

2-2 حسگری.. 9

2-3 حسگری محدود. 10

2-4 جوش اطلاعات.. 12

2-4-1 روش‌های جوش اطلاعات.. 19

2-4-2 روش‌ها فن‌ها و الگوریتم‌ها 20

2-5 فضای اطلاعات.. 21

2-6 مدیریت حسگرها 23

2-6-1 قرارگیری حسگرها 25

2-6-2 تخصیص رفتار به حسگرها 26

2-6-3 هماهنگی حسگرها 26

2-6-4 حل مسئله قرار دادن حسگرها 27

2-6-5 ارزیابی وظیفه مشاهده 28

2-7 خلاصه فصل.. 28

فصل3- نقشه سازی محیط ناشناخته. 30

3-1 مقدمه. 30

3-2 مرور متون علمی نقشه سازی.. 30

3-2-1 نقشه سازی تک روباتی.. 31

3-2-2 نقشه سازی چند روباتی.. 33

3-3 پیش‌فرض‌ها 34

3-4 تعریف مسئله. 35

3-5 مدل‌سازی فضای اطلاعات.. 35

3-6 حسگرها و الگوهای حرکتی آن‌ها 35

3-6-1 روبات مجهز به حسگر شناسایی مانع در چهار جهت.. 35

3-6-2 روبات مجهز به حسگر شناسایی فضای بسته. 38

3-6-3 روبات مجهز به حسگر شناسایی نزدیک‌ترین مانع. 42

3-7 هماهنگی و همکاری روبات‌ها 44

3-8 برنامه‌ریزی حرکت و الگوریتم نقشه سازی ارائه‌شده 47

3-8-1 فرآیند نقشه سازی.. 49

3-8-2 مثال از نقشه سازی.. 50

3-9 جوش اطلاعات.. 52

3-9-1 نوع اطلاعات.. 53

3-9-2 معماری جوش اطلاعات.. 54

3-1 خلاصه فصل.. 56

فصل4- هدایت عامل‌های متحرک… 57

4-1 مقدمه. 57

4-2 تعریف مسئله. 57

4-3 نیازمندی‌های پیاده‌سازی عملی.. 59

4-3-1 نرم‌افزار 61

4-4 پیش‌فرض‌ها 62

4-5 سلول بندی محیط.. 63

4-6 برنامه‌ریزی بازخورد. 65

4-6-1 مرور متون علمی برنامه‌ریزی بازخورد. 65

4-6-2 مفاهیم برنامه‌ریزی بازخورد. 66

4-7 جوش اطلاعات در الگوریتم هدایت عامل‌ها 69

4-8 الگوریتم شناسایی و هدایت عامل‏های متحرک.. 70

4-8-1 سیستم مبتنی بر قواعد. 71

4-8-2 استفاده از سیستم مبتنی بر قواعد در برنامه‌ریزی هدایت عامل‌ها 72

4-9 خلاصه فصل.. 74

فصل5- نتایج.. 75

5-1 مقدمه. 75

5-2 شاخص‌های اندازه‌گیری مهم. 75

5-3 دسته‌بندی محیط‌ها 76

5-4 نتایج شبیه‌سازی الگوریتم نقشه سازی.. 76

5-5 نتایج پیاده‌سازی الگوریتم هدایت عامل‌های متحرک.. 79

5-6 تحلیل حساسیت الگوریتم نقشه سازی.. 87

5-6-1 تحلیل حساسیت طول دیوارها و سطح خالی محیط.. 87

5-6-2 تحلیل حساسیت افزایش اندازه محیط.. 88

5-6-3 تحلیل حساسیت ترکیبات مختلف از روبات‌ها 90

5-7 تحلیل حساسیت الگوریتم هدایت عامل‌ها 91

5-8 تحلیل تحمل خطا 94

5-9 مقایسه الگوریتم ارائه شده با روش هدایت بر اساس گراف دیدنگار 95

5-10 خلاصه فصل.. 98

فصل6- نتیجه‌گیری و پیشنهاد‌ها 99

6-1 مقدمه. 99

6-2 نتایج الگوریتم نقشه سازی.. 99

6-3 نتیجه الگوریتم هدایت عامل‌ها 100

6-4 پیشنهاد برای تحقیقات آینده 101

6-5 خلاصه فصل.. 101

منابع.. 102

ضمیمه یک… 109

ضمیمه دو. 120

فهرست جدول‌ها

 

جدول ‏2‑1 روش‌های پر کاربرد در جوش اطلاعات و منابع به‌کاربرنده آن‌ها 13

جدول ‏4‑1 شرایط حالات مختلف در سیستم مبتنی بر قواعد. 73

جدول ‏5‑1 نتایج شبیه‌سازی الگوریتم نقشه سازی برای ده محیط دسته اول. 77

جدول ‏5‑2 نتایج شبیه‌سازی الگوریتم نقشه سازی برای ده محیط دسته دوم. 77

جدول ‏5‑3 نتایج شبیه‌سازی الگوریتم نقشه سازی برای ده محیط دسته سوم. 78

جدول ‏5‑4 نتایج شبیه‌سازی الگوریتم نقشه سازی برای ده محیط دسته چهارم. 78

جدول ‏5‑5 نتایج اجرای الگوریتم نقشه سازی در چهار دسته محیط.. 79

جدول ‏5‑6 داده‌های اجرای سلول بندی برای ده محیط.. 80

جدول ‏5‑7 زمان اجرای برنامه‌ریزی بازخورد برای همه سلول‌ها در ده محیط.. 81

جدول ‏5‑8 جایگذاری حسگر‌های باریکه با استفاده از یک روبات.. 82

جدول ‏5‑9 جزئیات اجرای الگوریتم هدایت برای محیط شماره 1. 82

جدول ‏5‑10 جزئیات اجرای الگوریتم هدایت برای محیط شماره 2. 83

جدول ‏5‑11 جزئیات اجرای الگوریتم هدایت برای محیط شماره 3. 83

جدول ‏5‑12 جزئیات اجرای الگوریتم هدایت برای محیط شماره 4. 83

جدول ‏5‑13 جزئیات اجرای الگوریتم هدایت برای محیط شماره 5. 84

جدول ‏5‑14 توزیع عامل‌ها در میان اهداف در محیط شماره 6. 84

جدول ‏5‑15 جزئیات اجرای الگوریتم هدایت برای محیط شماره 7. 84

جدول ‏5‑16 جزئیات اجرای الگوریتم هدایت برای محیط شماره 8. 85

جدول ‏5‑17 جزئیات اجرای الگوریتم هدایت برای محیط شماره 9. 85

جدول ‏5‑18 جزئیات اجرای الگوریتم هدایت برای محیط شماره 10. 85

جدول ‏5‑19 میانگین انحراف معیار انواع اهداف در پنج حالت مختلف برای ده محیط.. 86

جدول ‏5‑20 تأثیر افزایش اندازه محیط بر نقشه سازی در محیط 7 و 8. 88

جدول ‏5‑21 تأثیر افزایش اندازه محیط بر نقشه سازی در محیط هفده و نوزده 89

جدول ‏5‑22 زمان نقشه سازی برای ترکیبات مختلف روبات‌ها 91

جدول ‏5‑23 اثر کاهش دقت بر زمان برنامه‌ریزی بازخورد در ده محیط با در نظر گرفتن همه سلول‌ها 92

جدول ‏5‑24 اثر کاهش دقت بر زمان برنامه‌ریزی بازخورد نرمال شده در ده محیط.. 92

جدول ‏5‑25 اثر افزایش تعداد روبات‌ها بر زمان جایگذاری سلول‌های باریکه. 94

جدول ‏5‑26 مقایسه هدایت عامل‌های متحرک در محیط با استفاده از دو روش… 96

فهرست شکل‌ها

 

شکل ‏2‑1 مدل جوش اطلاعات دو لایه چند سطحی (Hall and Llinas, 1997) 15

شکل ‏2‑2 (الف) یک کاربرد که وابسته به یک یا چند حسگر است. (ب) چند کاربرد که هر کدام مستقیماً وابسته به یک یا چند حسگر هستند. (ج) چند کاربرد که وابسته به اطلاعات حاصل از جوش داده‌های چند حسگر هستند (Kaempchen and Dietmayer, 2003). 17

شکل ‏2‑3 فضای دید روبات و فضای اطلاعات سایه (Yu et al., 2008). 19

شکل ‏2‑4 مدل مدیریت دوگانه چند حسگر (Xiong and Svensson, 2002). 25

شکل ‏2‑5 حل مسئله از بالا به پایین به وسیله مدیریت حسگر (Xiong and Svensson, 2002). 27

شکل ‏3‑1 ربات چهارجهتی و دید آن از محیط. (الف) حسگری روبات مجهز به حسگر چهارجهتی. (ب) خروجی حسگر در روبات مجهز به حسگر چهارجهتی.. 36

شکل ‏3‑2 حرکت جاروب کننده رفت و برگشتی. (الف) حرکت جاروب کننده رفت و برگشتی افقی. (ب) حرکت جاروب کننده رفت و برگشتی عمودی.. 38

شکل ‏3‑3 حسگری ربات فضای بسته. (الف) محیط و شعاع حسگری ربات در حالت محدود. (ب) حسگری ربات فضای بسته در حالت بدون محدودیت. (ج) حسگری ربات فضای بست با محدودیت شعاع دید. (د) حسگری ربات فضای بسته با محدودیت دید و محدودیت تشخیص فاصله که در این پژوهش بکار رفته است. 40

شکل ‏3‑4 حرکت ربات فضای بسته از نقطه شروع به هدف. 41

شکل ‏3‑5 حسگری ربات نزدیک‌ترین مانع و برنامه‌ریزی حرکت آن. (الف) حرکت روبات مجهز به روبات نزدیک‌ترین مانع (ب) حسگری روبات مجهز به روبات نزدیک‌ترین مانع. 43

شکل ‏3‑6 انواع سیستم‌های چند رباتی (Farinelli et al., 2004). 46

شکل ‏3‑7 همکاری روبات‌ها باهم و کار تیمی برای نقشه سازی.. 46

شکل ‏3‑8 نمایی از محیط در نظر گرفته‌شده برای نقشه سازی.. 50

شکل ‏3‑9 نقشه سازی در تکرار 150. (الف) میزان پوشش محیط توسط حسگرهای روبات‌ها. (ب) کاوش محیط توسط روبات‌ها. 51

شکل ‏3‑10 نقشه سازی در تکرار 500. (الف) میزان پوشش محیط توسط حسگرهای روبات‌ها. (ب) کاوش محیط توسط روبات‌ها. 51

شکل ‏3‑11 پایان الگوریتم نقشه سازی. (الف) کاوش محیط توسط روبات‌ها. (ب) میزان پوشش محیط توسط حسگرهای روبات‌ها. (ج) نقشه ساخته شده از محیط.. 52

شکل ‏3‑12 مدل جوش اطلاعات در نقشه سازی محیط با استفاده از سه ربات.. 55

شکل ‏4‑1 مدل استفاده از GPS برای هدایت عامل‌ها 61

شکل ‏4‑2 مدل سه لایه نرم‌افزار تحت وب و ارتباط‌های آن. 62

شکل ‏4‑3 سلول بندی بر اساس هدف و مکان قرارگیری حسگرهای باریکه در محیط شماره 8. 63

شکل ‏4‑4 سلول بندی بر اساس هدف و مکان قرارگیری حسگرهای باریکه در محیط شماره 9. 64

شکل ‏4‑5 تقسیم سلول بندی بر اساس هدف به سلول‌های محدب در محیط شماره 8. 64

شکل ‏4‑6 تقسیم سلول بندی بر اساس هدف به سلول‌های محدب در محیط شماره 9. 65

شکل ‏4‑7 برنامه‌ریزی بازخورد در همه محیط برای یک هدف در محیط شماره 9. 68

شکل ‏4‑8 مدل جوش اطلاعات در الگوریتم هدایت عامل‌ها. 69

شکل ‏4‑9 اجزای سیستم مبتنی بر قواعد. 72

شکل ‏5‑1 زمان نقشه‌سازی در چهل محیط که در چهار گروه دسته‌بندی شده‌اند. 79

شکل ‏5‑2 تأثیر تعداد هدف در زمان سلول بندی.. 80

شکل ‏5‑3 بررسی اثر تعداد سلول‌های محیط بر زمان برنامه‌ریزی بازخورد برای ده محیط.. 81

شکل ‏5‑4 تغییرات زمان هدایت بر اساس تعداد عامل اولیه در ده محیط.. 86

شکل ‏5‑5 بررسی اثر طول کل دیوارها در زمان نقشه سازی و انطباق خط رگرسیونی.. 87

شکل ‏5‑6 بررسی اثر فضای خالی محیط در زمان نقشه سازی با در نظر گرفتن خط رگرسیونی.. 88

شکل ‏5‑7 نمودار تغییرات زمان نقشه سازی با افزایش اندازه محیط در پنج محیط.. 90

شکل ‏5‑8 زمان نقشه سازی ترکیبات مختلف روبات‌ها برای چهار محیط.. 91

شکل ‏5‑9 نمودار افزایش زمان برنامه‌ریزی بازخورد در اثر افزایش دقت.. 93

شکل ‏5‑10 زمان جایگذاری سلول‌های باریکه با استفاده از یک، دو و سه روبات.. 93

شکل ‏5‑11 گراف دیدنگار در محیط شماره 1. 96

شکل ‏5‑12 مقایسه زمان برنامه‌ریزی و به هدف رساندن عامل‌ها در دو روش در ده محیط.. 97

شکل ‏5‑13 مقایسه میانگین مسافت طی شده توسط عامل‌ها در دو روش در ده محیط.. 97

قبلا حساب کاربری ایجاد کرده اید؟
گذرواژه خود را فراموش کرده اید؟
Loading...
enemad-logo