ناوبری خودمختار در محیط ناشناخته و خارج از جاده مبتنی بر خانواده الگوریتم های باگ

امروزه زمینه های کاربردی برای ربات های متحرک خودمختار رو به افزایش است. از جمله کاربردهای این ربات ها می توان به اکتشاف سیاره های ناشناخته (مانند مریخ)، یافتن مجروح های زلزله زده و امداد رسانی به آن ها و ... اشاره کرد. مهم ترین خصوصیت این دسته از ربات ها، توانایی ناوبری در محیط به صورت خودمختار برای رسیدن به نقطه هدف می باشد. به طور کل می توان محیط عملیاتی ربات متحرک را به دو دسته 1-شناخته شده و 2-ناشناخته تقسیم کرد. در صورتی که محیط شناخته شده باشد، ربات با در اختیار داشتن نقشه محیط و با بهره گیری از الگوریتم های طرح ریز مسیر سراسری، می تواند مسیر بهینه برای رسیدن به هدف را محاسبه کند. اما داشتن شناخت از محیط همیشه میسر نمی باشد. از طرف دیگر با افزایش وسعت محیط، میزان حافظه و توان پردازشی مورد نیاز جهت نگهداری و به روز رسانی (در صورت نیاز) نقشه آن افزایش می یابد. از این روست که طرح ریزهای حسگر-مبنا مورد توجه قرار می گیرند. این دسته از طرح ریزها فرض می کنند که محیط کاملاً ناشناخته است و صرفاً با تکیه بر داده های حاصل از حسگرهای نصب شده بر روی ربات، آن را به سمت هدف هدایت می کنند. از آنجا که برد حسگرهای ربات محدود می باشد، طرح ریزهای حسگر-مبنا قادر به محاسبه مسیر بهینه سراسری نمی باشند و طرح ریزی مسیر را به صورت افزایشی انجام می دهند؛ به این صورت که در هر گام، محیط پیرامون ربات را با استفاده از حسگرهای آن به صورت محلی درک می کنند و با توجه به داده های به دست آمده، برای حرکت ربات به سمت هدف و اجتناب از موانع موجود در محیط، تصمیم مناسب می گیرند. ویژگی مهم این دسته از طرح ریزها توانایی همگرا شدن به هدف علی رغم ناشناخته بودن محیط می باشد. خانواده الگوریتم های باگ از دسته طرح ریزهای حسگر-مبنا می باشند که به خاطر کارایی مناسب در عین داشتن ساختاری ساده، معروف هستند. در این پایان نامه هدف، تغییر الگوریتم تنژنت باگ برای سازگار شدن با ربات متحرک از نوع آکرمن می باشد. محیط عملیاتی ربات مذکور، از نوع ناشناخته و خارج از جاده است. منظور از خارج از جاده بودن محیط این است که نمی توان در مورد ساختار محیط فرض خاصی مانند وجود جاده و یا علائم هدایت کننده در نظر گرفت. سیستم ناوبری ارائه شده در این پایان نامه بر پایه الگوریتم تنژنت باگ (یکی از معروف ترین الگوریتم های باگ) بنا شده است. تنژنت باگ علی رغم قدرتمند بودنش، کاستی هایی دارد. به عنوان مثال تنژنت باگ، ربات را به صورت نقطه ای (بدون طول و عرض) فرض می کند و محدودیت های حرکتی آن را در نظر نمی گیرد. در این پایان نامه به ارائه تدابیری برای رفع کاستی های مذکور پرداخته می شود. در این راستا از مدل سینماتیک ربات آکرمن و الگوریتم های اجتناب از مانع میدان پتانسیل و هیستوگرام میدان برداری بهره گرفته می شود. برای بررسی صحت روش ارائه شده، نتایج آن با نتایج الگوریتم تنژنت باگ به صورت شبیه سازی مقایسه شده است. علاوه بر شبیه سازی، روش ارائه شده بر روی یک ربات آکرمن واقعی به صورت عملی پیاده سازی و تست گردیده است.