Self-organized flocking with a mobile robot swarm
Bir gezer robot oğulunun kendi kendine sürü halinde hareket etmesi
- Tez No: 198938
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. BUĞRA KOKU, YRD. DOÇ. DR. EROL ŞAHİN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Makine Mühendisliği, Computer Engineering and Computer Science and Control, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Oğul robot bilimi, Sürü halinde hareket, Kendi-kendine örgütlenme, Parçacık-bazlı modeller, Faz değişimi, Swarm robotics, Flocking, Self-organization, Phase Transition, Particle-based Modcls
- Yıl: 2008
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 133
Özet
Bu tezde, bir gezer robot oğulunun, sürü halinde hareket etmesi (ing. flocking) incelenecektir. Başlangıçta, oğul robot sistemleri çalışmalarında kullanılmak üzere geliştirilmiş ve iki yeni algılama sistemi bulunduran gezer robot sistemi anlatılacaktır. Bunlardan birincisi, robotların yakın mesafedeki robotlar ile engelleri ayırmalarını sağlayan ve de bu cisimlerin robota göre mesafelerini ölçebilen kızıl-berisi algılama sistemidir. İkincisi ise, robotların diğer robotların yönünü sanal olarak ölçmesini sağlayan ve bir sayısal pusula ile iletişim biriminden oluşan sanal yön algılayıcısıdır (SYA). SYA, birçok farklı oğul-robot sistemlerinde kullanılabilecek ölçeklenebilir bir algılama sistemi olarak ortaya çıkmaktadır.Sürü halinde hareket davranışı, yön ayarlama ve mesafe koruma davranışları kullanılarak oluşturulmuştur. Bu davranış ilk başta yedi robot üzerinde smanmışır. Daha sonra davranışın içerisindeki denetim parametreleri kullanılarak dört farklı davranış biçimi elde edilmiş ve oluşturulan davranışlar tanımlanmış olan ölçütler kullanılarak değerlendiril-miştir. Davranışı yüksek sayıda robot kullanarak sınamak için robotun ve algılama sisteminin modelleri fizik-tabanh bir benzetimci üzerinde kullanılmak üzere çıkartılmış ve bu benzetimci üzerinde engelsiz ortamda modellenmiştir. Benzetimcinin sonuçlarının robotlardan elde edilmiş olanlarla uyumu gösterildikten sonra benzetimci içinde 1000 robot kullanılarak deneyleryapılmış ve önerilen davranışın ölçeklenebilir olduğu gösterilmiştir. Daha sonra denetim pa-rameterlerin değerleri ve SYA'nm algılama özellikleri değişimine karşı sürü halinde hareket davranışmdaki değişimler önerilmiş olan ölçütler kullanılarak araştırılmıştır. Bu deneylerden çıkan en önemli sonuçlardan bir tanesi akın davranışını gerçekleştiren oğulun grup büyüklüğünün SYA'nm iletişim mesafesine bağlı olmasıdır.Son olarak da sürü halinde hareket davranışında gözlemlenen faz değişimi, parçacık bazlı bir model kullanılarak modellenmiş ve model başarı ile değişik SYA algılama özellikleri karşısında davranışın tepkisini tahmin edebilmiştir. Model, analitik olarak çözülmüş ve modelin ön gördüğü sonuçlar fiziksel benzetimcide elde edilen sonuçlarla karşılaştırıl-mıştır.
Özet (Çeviri)
in this thesis, we study self-organized fiocking using a swarm of mobile robots. We first present a mobile robot platform having two novel sensing systems developed specifîcally for swarm robotic studies. We describe its infrared-based short-range sensing system, capable of measuring the range to obstacles and detecting kin robots. in particular, we describe a novel sensing system called tlıe virtual heading sensor (VHS), which combines a digital compass and a wireless communication modüle to form a scalable method for sensing the relative headings of neighboring robots.We propose a behavior based on heading alignment and proximal control and show that it is capable of generating self-organized fiocking in a group of seven robots. Then, we propose a number of metrics to evaluate the quality of fiocking and use them to evaluate four main variants of this behavior. We characterize and model the sensing abilities of the robots and develop a physics-based simulator that is verified against the physical robots for fiocking in öpen environments. After showing in simulation that we can achieve fiocking in a group of up to 1000 robots in an öpen environment, we perform experiments to determine the performance of fiocking under different controller parameters and characteristics of VHS using the predefined metrics. in the experiments, we vary the three main characteristics of VHS, namely: (1) The amount and nature of noise in heading measurement, (2) The number of neighboring robots that can be“heard”, and (3) the range of wireless communication. Ourresults show that range of communication is the main factor that determines the scale of flocking, and that the behavior is highly robust against the other two characteristics.We extend an existing particle-based model to determine the phase transition characteristics of of flocking under different VHS characteristics. An analytical treatment of the model is also presented and verified against the results obtained from experiments in a physics-based simulator.
Benzer Tezler
- Control of a mobile robot swarm via informed robots
Bir gezer robot sürüsünün bilgilendirilmiş robotlarla kontrol edilmesi
HANDE ÇELİKKANAT
Yüksek Lisans
İngilizce
2008
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Bölümü
YRD. DOÇ. DR. EROL ŞAHİN
- To flock or not to flock: Pros and cons of flocking in long-range 'migration' of mobile robot swarms
Sürü halinde hareket etmek ya da etmemek: Sürü halinde hareket etmenin gezer robot sürülerinin uzun mesafe 'göç? etmesindeki avantaj ve dezavantajları
FATİH GÖKÇE
Yüksek Lisans
İngilizce
2008
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Bölümü
YRD. DOÇ. DR. EROL ŞAHİN
- Geliştirilen kızılötesi sinyal tabanlı komşu tespiti ve bağıl konumlandırma sistemi kullanılarak birlikte hareket davranışının robot sürüsü ile gerçekleştirimi
Implementation of flocking behavior with a swarm of robots using the developed ir-based neighbor detection and relative positioning system
İBRAHİM HAKKI ÇEŞME
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolAtatürk ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ LEVENT BAYINDIR
- Self-organized network management model for next generation wireless heterogeneous systems
Yeni nesil kablosuz çoktürel sistemlerde kendini düzenleyen ağ yönetim modeli
ÖZGÜR UMUT AKGÜL
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. BERK CANBERK
- Deep reinforcement learning for urban modeling: Morphogenesis simulation of self-organized settlements
Derin pekiştirmeli öğrenme ile kentsel modelleme: Kendiliğinden örgütlenen yerleşimlerin morfogenez simülasyonu
HOUSSAME EDDINE HSAIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMimarlık, Planlama ve Tasarım Ana Bilim Dalı
Assoc. Prof. Dr. BURCU ŞENYAPILI ÖZCAN
Dr. YİĞİT ACAR