Skip to main content
SUPERVISOR
Majdodin Najafi,Farid Sheikholeslam
مجدالدین نجفی (استاد مشاور) فرید شیخ الاسلام (استاد راهنما)
 
STUDENT
Amir Ahmadiyan
امیر احمدیان شهانقی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391

TITLE

Application of Particle Swarm Optimization (PSO) Method in Cooperative Localization of Robots
There are too many methods for identification and estimation of the parameters of nonlinear static systems. But most of presented methods are with complicated theory and numerical calculations. Recently, using evolutionary optimization techniques have been noticed in nonlinear systems identification. Among these optimization techniques, we can mention Particle Swarm Optimization (PSO) method. This method unlike iterative parameter-estimation methods doesn’t require initial values of unknown parameters and unlike gradient-based methods doesn’t trap in local minimums. In recent years, the PSO method has attracted researchers attention because of employed simple operators and high rate of convergence. In order to evaluation the performance of proposed method for estimation of parameters of nonlinear static models, we consider two new cases including interpretation of gravity data in order to estimating the depth and shape factor of subsurface anomalies and also estimation 2-D robot-to-robot relative pose in multi-robot systems. Estimation of the depth and shape factor of subsurface anomalies is one of the most important tasks in geophysics sciences, so it is very important to obtain optimal methods for assignment of the depth and shape factor from gravity data. In the second case, the purpose is to calculate the relative pose of collaborator robots from robot-to-robot distance measurements and displacement estimates in multi-robot systems. Robotic researchers believe that estimating the relative pose of collaborator robots is a prerequisite for efficiently coordinating the motions of teams of robots and also solving cooperative localization problems. In order to employ PSO method in the mentioned cases, the problem of estimation of the unknown variables is addressed through multi-dimensional optimization techniques and we consider upper and lower boundaries for unknown variables of nonlinear static models based on available empiric information about practical cases. Then we distribute PSO particles such as candidate answers in predefined n-dimensional bounded space and obtain the optimized values of unknown parameters with high accuracy. Finally for evaluating the proposed method precisely, we examine obtaining results compared to Nonlinear Least Squares (NLS) method. Obtained results showed that the PSO method is an efficient method for estimating the unknown parameters of the nonlinear models and is less sensitive to the high levels of the noisy data Keyword : Particle Swarm Optimization (PSO), nonlinear static models, Relative robot-to-robot pose estimation, estimation of the depth and shape factor of subsurface anomalies
به‌منظور شناسایی و تخمین پارامتر مدل سیستم‌های غیرخطی روش‌های متنوعی وجود دارد که عمدتا همراه با تئوری و محاسبات پیچیده می‌باشند. اخیرا استفاده از روش‌های بهینه‌سازی تکاملی مبتنی بر جمعیت در شناسایی سیستم‌های غیرخطی موردتوجه قرار گرفته است. در این میان می‌توان روش بهینه‌سازی دسته ذرات (یا به اختصار PSO) را نام برد. بهینه‌سازی دسته ‌ذرات، برخلاف روش‌های تخمین پارامتر تکراری، نیازمند تعیین مقادیر اولیه پارامترهای مجهول مدل برای شروع الگوریتم نبوده و نیز بر خلاف روش‌های تخمین پارامتر مبتنی‌برگرادیان در نواحی بهینه محلی متوقف نمی‌شود. همچنین در سال‌های اخیر، این روش به‌ دلیل بهره‌گیری از قواعد ساده و نرخ همگرایی بالا در رسیدن به جوابی در نزدیکی جواب بهینه، تا حد بسیار زیادی مورد توجه محققین قرار گرفته و در زمینه‌های مختلفی توانسته است نتایج قابل قبولی از خود نشان دهد. برای ارزیابی کارایی این الگوریتم به منظور تخمین پارامترهای مدل برای سیستم‌های غیرخطی استاتیکی، دو نمونه کابردی جدید در دو زمینه تفسیر داده‌های گرانی در مسائل اکتشافی به منظور تخمین عمق و ‌شکل بی‌هنجاری‌های زیرسطحی و همچنین تخمین وضعیت نسبی ربات‌های همکار در ماموریت‌های گروهی ربات‌ها آورده شده است. تعیین عمق و ضریب شکل بی‌هنجاری‌های زیرسطحی یکی از مهمترین اهداف در ژئوفیزیک اکتشافی است. در این میان بی‌هنجاری‌های میدان گرانی از اهمیت ویژه‌ای در اکتشافات نفت و اکتشافات معدنی برخوردار هستند. بنابراین یافتن روشی بهینه برای تعیین عمق و ضریب شکل بی‌هنجاری از روی داده‌های گرانی، از مسائل مهم در ژئوفیزیک اکتشافی محسوب می‌گردد. در کاربرد دومی ما به دنبال تعیین وضعیت نسبی ربات‌‌های همکار در سیستم‌های چند رباته از روی جا‌به‌جایی‌های تخمینی هر ربات و همچنین اندازه‌گیری‌‌های فاصله‌ای ربات- به- ربات می‌باشیم. حل مسئله تعیین وضعیت نسبی ربات‌های همکار در سیستم‌های چندرباته می‌تواند به عنوان زیربنایی برای حل مسائل مکان‌یابی مشارکتی ربات‌ها و همچنین ایجاد هماهنگی کارامد بین رفتار‌های یک گروه از ربات‌ها برای انجام ماموریت‌های مختلف مطرح ‌شود. به منظور اعمال روش PSO در موارد نامبرده، مسئله تخمین پارامترهای مجهول به یک مسئله بهینه‌سازی چندبعدی تبدیل می‌شود و متناسب با اطلاعات تجربی در دسترس درباره مسئله، کران بالا و پایین، برای پارامترهای مجهول مدل غیرخطی استاتیکی در نظر گرفته می‌شود، سپس با توزیع تصادفی ذرات Oبه عنوان جواب‌های احتمالی در فضای n-بعدی کراندار (n تعداد پارامترهای مجهول)، در‌ صدد یافتن پارامترهای بهینه مدل با دقت بالا می‌باشیم. در پایان برای بررسی دقیق‌تر موضوع، عملکرد الگوریتم پیشنهادی در قیاس با روش مرسوم حداقل مربعات غیرخطی محک زده شده است. نتایج این مقایسه نشان داد که تکنیک هوشمند PSO روشی کارا جهت تخمین پارامترهای مجهول مدل‌های غیرخطی بوده و نسبت به سطوح بالای نویز دارای حساسیت کمتری می‌باشد که نشانگر ضریب اطمینان بالای این روش می‌باشد. کلمات کلیدی : الگوریتم بهینه‌سازی دسته‌ذرات، تخمین پارامترهای مدل سیستم‌های غیرخطی استاتیکی، تخمین عمق و ضریب شکل بی‌هنجاری گرانی، تعیین وضعیت نسبی ربات- به- ربات

ارتقاء امنیت وب با وف بومی