کنترل حرکت و هماهنگی ربات های متحرک به منظور تعقیب یک هدف متحرک در یک محیط دینامیکی

امروزه، تنوع و زمینه ی کاربرد ربات ها با سرعت زیادی در حال افزایش است و پیشرفت فناوری، امکانات جدیدی در به کارگیری هر چه بیشتر و بهتر ربات ها را فراهم می کند. سیستم های تک رباتی در همه ی کاربردها بهترین راه حل نیست. طیف روزافزونی از مسائل موجود و مسائلی که در آینده مطرح خواهند شد از مزایای بالقوه ی سیستم های چند رباتی بهره مند خواهند شد. به عنوان مثال، مسأله ی جستجو و نجات، نقشه برداری از محیط های خطرناک و مناطق دوردست، شناسایی و تعقیب اهداف، و تحقیقات و اکتشافات فضایی و زیردریایی، از جمله وظایفی هستند که از سیستم های چند رباتی برای اجرای آنها استفاده خواهد شد. اما به کارگیری یک گروه از ربات ها جهت انجام وظایفی، نیاز به طراحی مکانیزمی به منظور ایجاد هماهنگی بین رفتار و حرکت آنها دارد. در واقع یکی از موضوعات و چالش های مطرح در سیستم های چند رباتی، بحث کنترل و اجرای هماهنگی می باشد، به گونه ای که ربات ها بتوانند ضمن ارتباط متقابل و همکاری لازم با سایر ربات ها، وظایف خود را به نحوی موثر به انجام برسانند. از این رو، این تحقیق در راستای طراحی یک مکانیزم هماهنگی جهت بهبود عملکرد و کارایی سیستم های چند رباتی حرکت خواهد کرد. در این پایان نامه، مسأله ی طراحی حرکت و هماهنگی سیستم های چند رباتی به روش میدان پتانسیل مصنوعی مطالعه و بررسی می گردد. مأموریت سیستم آن است که یک هدف متحرک را در یک محیط دینامیکی ضمن عبور از عوامل موجود در محیط تعقیب نماید. بنابراین، در طراحی حرکت ربات ها با بررسی سه مسأله ی اصلی مواجه خواهیم بود: 1) مسأله ی تعقیب جسم هدف توسط ربات ها؛ 2) مسأله ی احتمال برخورد ربات ها با موانع موجود در محیط؛ و 3) مسأله ی برخورد بین ربات ها. به منظور طراحی حرکت و هماهنگی ربات ها یک میدان پتانسیل کل متشکل از میدان های پتانسیل هدف، ربات ها و موانع تعریف کرده به گونه ای که با اعمال نیرو به هر کدام از ربات ها، آنها را به سمت هدف هدایت نموده، و مسیری عاری از مانع را برای آنها فراهم نماید. نتایج ارزیابی و شبیه سازی، کارایی سیستم چند رباتی طراحی شده را به خوبی نشان می دهند. روش میدان پتانسیل در کنار مزیت های منحصر به فردی که دارد در برخی از شرایط ممکن است مشکلاتی هم داشته باشد. از این رو، در بخش دیگری از کار تحقیق، مشکل نقاط مینیمم موضعی روش میدان پتانسیل توضیح داده شده و روشی جدید برای حل آن پیشنهاد می شود. در ادامه، مسأله ی نزدیک بودن هدف به مانع- که یکی دیگر از مشکلات روش میدان پتانسیل مصنوعی می باشد- مورد بررسی قرار گرفته و راه حل آن توضیح داده می شود. نتایج شبیه سازی های انجام شده، عملکرد و اثربخشی این روش ها را تأیید می کنند. در پایان، ضمن نتیجه گیری، برای علاقه مندان به موضوع سیستم های چند رباتی چند مسأله ی تحقیقاتی پیشنهاد داده می شود.