Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Danesh,Hassan Moosavi,Mehdi Keshmiri
محمد دانش (استاد راهنما) حسن موسوی (استاد راهنما) مهدی کشمیری (استاد مشاور)
 
STUDENT
Saeid Kamrani
سعید کامرانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391

TITLE

Coordination control of cooperative mobile robots for multi-target tracking in a dynamic environment
In recent years, robot team systems have been growing as a new domain in robotic. Researches in this field have been done more about single robot systems, however, by technology development and necessity of using stable and flexible systems with higher performance, robot team systems were suggested in which some robots cooperate with each other to perform a mission. Path planning of robot teams for single or multi-target tracking has attracted attention of researchers as an important field in such systems. However, utilizing robot team systems have many issues and challenges along and control of these systems may be complex. In this research, the problems of path planning and coordination control of a cooperative mobile robot team for multi-target tracking are studied. The environment is dynamic and time-variant and robots are required to choose and pursue appropriate target while avoiding any collision with obstacles and other robot teammates. Thus, some major issues are important for motion planning of robots in this research: 1) choosing appropriate target for each robot 2) pursuing selected target properly 3) avoiding collision with static and moving obstacles 4) avoiding collision with other robot teammates 5) switching target capability by robots according to the dynamic environment conditions. Potential field approach is used for the path planning of robot team in this thesis. This method has been widely used for mobile robot path planning due to its simplicity, simultaneous goal seeking and obstacle avoidance behaviors, real time application and elegant results. The potential field method constructs an attractive potential field to direct the robot toward its goal and meanwhile it has the ability to construct high potential fields surrounding obstacles to avoid collision with them. The approach is utilized in this research with some modificatio a velocity term considering velocities of robot and target, a distributing mission coefficient for selecting appropriate target for each robot, and also a repulsive potential force for collision-free movement of robots with other teammates (in addition to obstacles) are added to the conventional potential field. For the purpose of robots coordination control, a basic coordination mechanism for choosing targets based on the distance between robot and target is proposed. This mechanism predicts any number of robots and targets. Besides, importance of targets to be tracked is also considered according to each target weight and by introducing a cost parameter. Moreover, for targets which are necessarily needed to be followed by one or some robots, another coordination mechanism is proposed. Finally a method for coordination control is introduced based on the time estimation parameter of a robot to reach a target and compared with the distance-based coordination control in all cases of equiponderant, weighted and essential target pursuit. Simulations are presented for all of the above mentioned cases. Comparison between distance-based and estimation time-based mechanism performances shows significant improvements in robots system performance by using time estimation parameter; Some of them are lower distance travelled by robots to reach targets, lower time elapsed to get targets and lower mean velocity of robots due to better choosing targets. Key Words Path planning, Coordination control, Potential Field, Multi-target tracking, Time estimation
طی سال های اخیر، سیستم های تیمی ربات ها به عنوان حوزه ای جدید در علم رباتیک توسعه یافته است. تحقیقات در زمینه ی رباتیک، بیشتر در مورد سیستم های تک رباتی بوده است؛ اما رفته رفته با پیشرفت فناوری و کاهش هزینه ی ربات ها، نیاز به داشتن سیستمی پایدار، انعطاف پذیر و با راندمان عملکرد بالا، سیستم هایی مطرح و حائز اهمیت شد که در آن چند ربات برای انجام ماموریتی با هم کار می کنند. مساله ی طراحی مسیر حرکت تیمی از ربات ها برای تعقیب یک یا چند هدف، از مسایل قابل توجه در علم رباتیک در سال های اخیر می باشد؛ با وجود این، استفاده از سیستم های چند رباتی هم به نوبه ی خود چالش های زیادی به همراه دارد و ممکن است مساله ی طراحی و کنترل این سیستم ها، پیچیده تر شود. در این تحقیق طراحی مسیر و کنترل هماهنگی یک سیستم چند رباتی همکار برای تعقیب چند هدف انجام می شود. محیط مورد بررسی دینامیکی و هر لحظه در حال تغییر است و ربات ها باید بتوانند ضمن اجتناب از برخورد با موانع و ربات های دیگر، اهداف متحرکٍ مناسب را انتخاب و تعقیب کنند. بنابراین در طراحی حرکت ربات ها، چند مساله باید بررسی شود: 1) انتخاب اهداف مناسب؛ 2) تعقیب اهداف انتخابی توسط تیم ربات ها؛ 3) اجتناب از برخورد با موانع ثابت و متحرک موجود؛ 4) اجتناب از برخورد بین خود ربات ها؛ 5) قابلیت تعویض اهداف انتخابی با توجه به شرایطٍ محیطٍ در حال تغییر. در بحث طراحی حرکت ربات ها، از روش میدان پتانسیل استفاده می شود. این روش به دلیل توام بودن مساله ی طراحی مسیر و اجتناب از برخورد در آن، اجرای آسان از لحاظ حجم محاسبات، قابلیت استفاده در کاربردهای بلادرنگ و نتایج جالب توجه، از مقبولیت خاصی برخوردار است. از روش میدان پتانسیل به طور گسترده برای طراحی مسیر ربات های متحرک استفاده می‌شود. در بحث کنترل هماهنگی ربات ها، در ابتدا مکانیزم پایه ی هماهنگی تیم ربات ها برای انتخاب اهداف بر اساس معیار فاصله معرفی می‌شود. این مکانیزم تمام حالات تعداد اهدافٍ کمتر، برابر یا بیشتر از تعداد ربات ها را پیش بینی می کند و برای این حالات مختلف، نتایج شبیه‌سازی ارائه می‌گردد. هم چنین در مساله ی تعقیب اهداف، اهمیت اهدافٍ تحت تعقیب با توجه به وزن آن ها با تعریف پارامتر هزینه، در نظر گرفته و شبیه‌سازی می‌شود. علاوه بر آن برای اهدافی که تعقیب آن ها ضروری است و حتما باید توسط یک یا چند ربات تحت تعقیب قرار بگیرند، مکانیزم دیگری معرفی و شبیه سازی می‌شود. در ادامه روشی بر اساس معیار تخمین زمان جهت مقایسه با عملکرد معیار فاصله در تمام حالات اهداف هم‌وزن، اهداف وزن دار و اهداف ضروری پیشنهاد می شود؛ بررسی نتایج و مقایسه ی آن ها، کاهش قابل توجه پارامترهای عملکردی سیستم ربات ها از جمله سرعت متوسط ربات ها، زمان رسیدن به اهداف و مسافت پیموده شده ی ربات ها هنگام رسیدن به اهداف را در استفاده از پارامتر تخمین زمان نشان می دهد که حاکی از بهبود نحوه ی تعقیب اهداف با استفاده از معیار تخمین زمان در یک ماموریت تعقیب چند ربات-چند هدف می باشد. واژه های کلیدی: طراحی مسیر، کنترل هماهنگی، میدان پتانسیل، تعقیب چند هدف، پارامتر تخمین زمان

ارتقاء امنیت وب با وف بومی