Coordination of the activities of the members of a self determining swarm robotics team
Kendi kendine karar veren robotlardan oluşan bir sürünün toplu hareketlerinin koordinasyonu
- Tez No: 904086
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZGÜR TAMER
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mekatronik Mühendisliği, Mechatronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Dokuz Eylül Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 169
Özet
Çoklu robot sistemlerinin bir alt kümesi olan sürü robotiği, bilinmeyen ortamlarda çok sayıda robotun işbirliği içinde çalışmasıyla ilgilidir. Bu tez, sürü robotiği ve uygulamaları üzerine yapılan son araştırmalara kapsamlı bir genel bakış sunmakta ve bu sistemlerin arama yeteneklerinin tasarımı, simülasyonu ve değerlendirilmesi için bir analitik ve simülasyon çerçevesi sunmaktadır. Amaç, karmaşık ve keşfedilmemiş arazilerde bir grup otonom robotun verimli çalışmasını kolaylaştıran makroskopik bir model ve stratejiler geliştirmektir. Çalışma, hareket stratejisi parametrelerini ilk hareketlerinden önce ayarlayarak bir sürü robot popülasyonunun başlangıçtaki dağılma ve sonraki yayılma davranışlarını analiz etmektedir. Webots'ta gerçekleştirilen simülasyonlar, dört ana parametrenin ilk serbest bırakma koşulları ve robotların fiziksel özellikleri üzerindeki etkisini incelemiştir: yükseklik, kütle, yarıçap ve restitüsyon katsayısı (COR). Çok çeşitli değişkenleri ve bunların etkileşimlerini keşfetmek için yeni parametreler, hareket modelleri ve çeşitli ayarları içeren kapsamlı bir simülasyon modeli geliştirildi. Kapsamlı veri seti, robotların farklı senaryolardaki davranışları hakkında bilgi sağlamıştır. Sonuçlar iki başarı kriterine göre değerlendirilmiştir: saçılma ve toplanma oranı. Yükseklik, yarıçap ve restitüsyon katsayısı değerleri arttıkça saçılmanın arttığı ve toplanma oranının azaldığı gözlemlenmiştir. Bu bulgu, başlangıç koşullarının bir robot sürüsünün verimliliği ve verilen görevin tamamlanma süresi üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğunu göstermektedir. Ayrıca, hareket stratejilerinin seçimi ve yürütülmesi, başlangıç koşullarını ve çarpışma sonrası hareketliliği doğrudan etkileyen sürünün serbest bırakıldığı yükseklik, bireysel üyelerin yarıçapı ve sürünün kütlesi gibi faktörlerle yakından bağlantılıdır. Restitüsyon katsayısı (COR) ve çevresel koşullar gibi parametreler hareket stratejileriyle etkileşime girerek bunların sürü içinde gezinme, toplanma ve akın etmeyi kolaylaştırmadaki etkinliğini etkilemektedir. Ayrıca araştırma, rastgele yürüyüş, Levy yürüyüşü, Markov süreci ve Brown hareketini kapsayan çeşitli hareket stratejilerinin kullanımı yoluyla sürü robotlarının dağılımını incelemektedir. Simülasyonun amacı, özellikle başlangıç pozisyonunun ve ilgili parametrelerin dağılım modelleri üzerindeki etkilerine odaklanarak, ortamlardaki robot saçılımının doğasını aydınlatmaktı. Bulgular, başlangıç hareket stratejisi koşullarının optimize edilmesinin performansı önemli ölçüde artırabileceğini göstermektedir. Hareket stratejileri ve fiziksel parametrelerin simülasyonlarının sonuçları, farklı davranış özelliklerine sahip yeni sürüler oluşturmak için kullanılan genetik algoritmalar için girdi olarak kullanılmıştır. Genetik algoritmalar, optimizasyon ve arama problemlerine yüksek kaliteli çözümler üretmek için doğal seçim süreçlerini kullanmak üzere tasarlanmıştır. MATLAB'da geliştirilen genetik algoritma şu adımları içeriyordu: başlatma, uygunluk puanlarına dayalı seçim, yeni genler oluşturmak için çaprazlama, rastgele değişiklikler yapmak için mutasyon ve en az uygun çözümlerin değiştirilmesi. Genetik algoritmanın önemli bir unsuru olan uygunluk fonksiyonu, keşif verimliliğini üç kritere göre değerlendirmiştir: keşfedilen alan, pozisyonların homojenliği ve açısal saçılmanın homojenliği. Bu tezde oluşturulan heterojen sürü yapıları, genetik algoritmaların kullanımı yoluyla daha optimize bir model sağlayarak makroskopik sürü modelleri üzerine mevcut literatüre katkıda bulunmaktadır. Bu araştırma, basitliği ve maliyet etkinliğini korurken, zorlu ve bilinmeyen ortamlarda sürü robotlarının performansını tahmin etmede ve geliştirmede simülasyonların önemini vurgulamaktadır.
Özet (Çeviri)
Swarm robotics, a subset of multi-robot systems, concerns the collaborative operation of a large number of robots in unknown environments. This thesis provides a comprehensive overview of recent research on swarm robotics and its applications, presenting an analytical and simulation framework for the design, simulation, and evaluation of the search capabilities of these systems. The objective is to develop a macroscopic model and strategies that facilitate the efficient operation of a group of autonomous robots in complex uncharted terrains. The study analyzes the initial scattering and subsequent spreading behaviors of a population of swarm robots, adjusting the motion strategy parameters prior to their initial movement. The simulations, conducted in Webots, examined the impact of four primary parameters on the initial release conditions and physical properties of the robots: height, mass, radius, and coefficient of restitution (COR). A comprehensive simulation model was developed to explore a wide range of variables and their interactions, incorporating new parameters, motion models, and various settings. The comprehensive data set provided information on the behaviors of robots in different scenarios. The results were evaluated in accordance with two success criteria: scattering and aggregation rate. It was observed that as the values of height, radius, and coefficient of restitution increased, the scattering increased, and the aggregation rate decreased. This finding indicates that initial conditions have a significant impact on the efficiency of a robot swarm and the completion time of the assigned task. Furthermore, the choice and execution of motion strategies are closely linked to factors such as the height at which the swarm is released, the radius of individual members, and the mass of the swarm, which directly influence the initial conditions and post-collision mobility. Factors like the coefficient of restitution (COR) and environmental conditions interplay with motion strategies, influencing their success in enabling navigation, aggregation, and flocking within the swarm. Furthermore, the research examines the dispersion of swarm robots through the use of various motion strategies, encompassing random walk, Levy walk, Markov process, and Brownian motion. The objective of the simulation was to elucidate the nature of robot scattering in environments, with a particular focus on the effects of initial position and related parameters on distribution patterns. The findings demonstrate that optimizing the initial motion strategy conditions can markedly enhance performance. The results of the simulations of motion strategies and physical parameters were used as input for the genetic algorithms, which were used to generate novel swarms with different behavioral characteristics. Genetic algorithms were designed to use natural selection processes to produce high-quality solutions to optimization and search problems. The genetic algorithm, developed in MATLAB, comprised the following steps: initialization, selection based on fitness scores, crossover to create new offspring, mutation to introduce random changes, and replacement of the least fit solutions. The fitness function, a crucial element of the genetic algorithm, assessed the exploration efficiency based on three criteria: the area explored, the uniformity of positions, and the uniformity of angular scattering. The heterogeneous swarm structures created in this thesis contribute to the existing literature on macroscopic swarm models by providing a more optimized model through the use of genetic algorithms. This research highlights the importance of simulations in predicting and enhancing the performance of swarm robotics in challenging, unknown environments, while maintaining simplicity and cost-effectiveness.
Benzer Tezler
- Ticari banka yönetimi ve Türk ticari bankalarının temel yönetim sorunları
The management of the commercial bank and the basic problems of the Turkish comercial bank
AYŞE ÇİĞDEM ÖNAL
- Gümrük Birliği sürecinin Türk sermaye piyasasına etkileri
The Effects of Customer Union course on Turkish capital market
ÖNDER HALİSDEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
EkonomiMarmara ÜniversitesiSermaye Piyasası ve Borsa Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İLHAN ULUDAĞ
- Selden etkilenen topluluklara yönelik psikososyal destek hizmetlerinin incelenmesi: Bozkurt ilçesi örneği
Examining the psychosocial support services in flood affected communities: The case of Bozkurt district
ESRA SOĞANCI
- Organizasyonel yapının analizi
Başlık çevirisi yok
GAMZE KURDOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
1994
Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. HALUK ERKUT
- Kriminoloji ve Ceza Hukuku boyutuyla 'çevreci terörizm'
'Ecoterrorism' in criminology and Criminal Law aspects
ERDEM İZZET KÜLÇÜR