برنامه ریزی حرکت و تخصیص کار در سیستم های چندروباتی

در دنیای مدرن امروزی، بیمارستان ها مانند سایر صنایع در رقابت با یکدیگر هستند و مزیت رقابتی آنها کیفیت ارائه خدمات به بیماران است، که از عوامل موثر در بهبود کیفیت خدمات ارائه شده به بیماران، بهبود فعالیت‏های لجستیکی است. بیمارستان ها دارای فعالیت های لجستیکی بسیار پیچیده هستند و در دهه اخیر روبات‏های بیمارستانی برای تسهیل امور حمل و نقل داخل بیمارستان ساخته شده و بکارگرفته شده اند. این روبات ها معمولاً بر اساس نقشه ذخیره شده در حافظه خود حرکت می کنند و بصورت برخط از برخورد با موانع اجتناب می کنند. با این حال، از نقاط ضعف این روبات‏ها آن است که برنامه‏ریزی درازمدت ندارند و همین عامل، موجب عدم برنامه‏ریزی حرکت بهینه آنها می شود. در این رساله روش¬های جدیدی برای حل مسایل برنامه ریزی حرکت خودکار در محیط پویا با موانع و هدف متحرک در شرایط برخط و برون خط ارایه شده است. برای برنامه ریزی حرکت در محیط برون خط، الگوریتم های xxt و ort روش های جدیدی هستند که با رویکردی متمرکز و با اتخاذ راهبردهای انطباقی تمرکز جستجو به سمت هدف و جستجوی نواحی کشف نشده فضای پیکربندی، مبادرت به نمونه گیری تصادفی از محیط کرده و به جستجوی هدف می پردازند. در الگوریتم ort، طی روش جدیدی برای تشکیل درخت جستجوی تصادفی، گره-های جدید با حداقل فاصله (یعنی با شاخه¬های مستقیم) به درخت وصل می شوند و بنابراین مسیر به دست آمده نیازی به پس پردازش ندارد. الگوریتم دیگری که برنامه ریزی حرکت روبات ها را در شرایط بر خط و در حضور موانع و هدف متحرک انجام می دهد مبتنی بر مفهوم جدیدی به نام دایره هادی است که در این روش روبات با رویکردی غیرمتمرکز و با استفاده از فضاهای مجاز و ممنوع در دایره هادی، به برنامه ریزی مسیر بعدی می پردازد. در حالی که برای استفاده موفقیت¬آمیز از روبات ها در فعالیت¬های خدماتی و لجستیک بیمارستان لازم است برنامه¬ریزی حرکت و تخصیص کار روبات¬ها با یکدیگر ترکیب شوند، در اکثر مطالعات مربوط به تخصیص کار سامانه¬های چندروباتی، برنامه¬ریزی حرکت آنها لحاظ نشده است. در این رساله مدلی برای تخصیص کار و برنامه ریزی حرکت روبات توأم به نام mrtamp ارائه شده است. مسأله تخصیص کار در بیمارستان، در واقع یک مسئله تخصیص کار در شرایط پویا است که در این رساله جهت حل آن از روش های مبتنی بر بازار استفاده شده است.به منظور بررسی کارایی الگوریتم‏های xxt و ort، چهار مسئله نمونه 100 بار اجرا شده است و نتایج آن با الگوریتم‏های شناخته شده rrt، rrt* و bi-rrt مقایسه شده است. با توجه به نتایج، ملاحظه می شود که در شبیه سازی‏های دوبعدی بررسی شده، در صورتی که تنها یک مسیر به سمت هدف وجود داشته باشد، اولین مسیر ممکن ارایه شده با روش ort، حداکثر 3% از مسیر بهینه انحراف داشته و حداقل 16% کوتاه‏تر از روش rrt* است. همچنین، در مسایلی که چندین مسیر به سمت هدف وجود دارد، مسیر ارایه شده، 23% از مسیر بهینه انحراف دارد و این جواب 14% بهتر از جواب روش rrt* است. عملکرد روش دایره هادی نیز در شرایط برخط مورد بررسی قرار گرفته و نتایج آن با روش ort مقایسه شد. در بررسی نتایج بدست آمده، ملاحظه شد که در صورتی که اتفاق غیر منتظره ای در محیط اتفاق نیفتد، نتایج روش برخط بسیار نزدیک به روش برون خط است. در فصل آخر کارایی مدل mrtamp در لجستیک بخش ccu بیمارستان با 15 تخت مورد بررسی قرار گرفت، که با شبیه سازی فعالیت‏های معمول بخش به مدت 1 ساعت، نتایج آن مورد بررسی قرار گرفت. کارهای معمول بخش بر اساس ماهیت و پنجره زمانی آنها به 4 نوع تقسیم شده و سنجه های عملکردی مختلفی چون تعداد کارهای از دست رفته، جمع تأخیرات در انجام کارها و مسافت طی شده توسط روبات ها مورد ارزیابی قرار گرفت. با بررسی سناریوهای مختلف بر اساس تابع مطلوبیت تعریف شده، ملاحظه شد که برای این بخش، تعداد 3 روبات بهترین گزینه برای انجام کارها است.