التحقيق في تخطيط المسار لبيئة الاصطدام لروبوت متحرك
Investigation into Path Planning of a Collide Environment for a Mobile Robot
- الباحث
- علاء حسن شبيب
- المشرف
- تحسين فاضل عباس
- الجامعة
- الجامعة التكنولوجية
- الكلية / القسم
- قسم هندسة الانتاج والمعادن / هندسة الانتاج والمعادن
- الشهادة
- دكتوراه
- السنة
- 2022
- لغة الرسالة
- انكليزي
- الكلمات المفتاحية
- Path planning;Mobile robot;Obstacle avoidance;Optimization algorithms
الملخص
يكتسب استخدام الروبوتات المحمولة أكثر.إتساعا, كون تطبيقاته في مجالات مختلفة .تتمثل التحديات الرئيسية التي تواجه الروبوتات المتنقلة هي مشكلة تخطيط المسار ¢ والتي تتضمن WS من كفاءة وسلامة (تجنب العوائق) نقاط المسار لحركة الروبوت المتحرك. في هذا العمل البحثي تم أقترح وتنفيذ تصميم نهج االتنقل لتوجيه روبوت متنقل أثناء مهمة تتبع المسار من نقطة إلى نقطة في التنقل الخالي من الاصطدامات ، تم تصميم نهج التنقل من ثلاث وحدات رئيسية: وحدة معالجة الصور ,وحدة تخطيط المسار ووحدة حركة الروبوت. الوحدة الأولى تهدف إلى تصميم وحدة البحث المرئي لمساحة عمل روبوت متحرك ذو عجلات (WMR) لاكتشاف العوائق ، والتعرف على WMR ونقطة الهدف ، وكانت هذه الوحدة تستخدم نظام رؤية وخوارزميات المعالجة الصور المناسبة لاستخراج المعلومات من المحيط وإعطاء المزيد من التفاعل إلى روبوت متحرك مع البيئة الخارجية. تم تصميم الوحدة الثانية لضمان الكفاءة والأمان لنقاط المسار المحددة لحركة الروبوت المتحرك من خلال إيجاد المسار المطلوب بناءً على نهج خوارزمية سرب جديدة والتي يتم تنفيذها على أساس الجمع بين خوارزمية تحسين حشد الجسيمات (12500) المطورة والذئب الرمادي خوارزمية التحسين (GWO) بينما تتمثل الوحدة الثالثة في تصميم وحدة تحكم في AS pall لتوجيه روبوت متحرك بعجلات أثناء تتبع المسار في الوقت الفعلي استنادًا على المشفر الدوار و مسيطر تناسبي تكاملي تفاضلي،2711) هذا النهج المقترح جعل الروبوت المحمول قادرًا على تحقيق المهام التالية: التعرف على بيئة الروبوت ، والتوطين (بناء الخريطة) ، وتجنب العقبات ، واتخاذ القرار ، والتحكم في الحركة. تم إظهار أداء النهج المقترح من خلال عمليات المحاكاة الحاسوبية باستخدام حقيبة ماتلاب البرمجية والتنفيذ في الوقت الفعلي باستخدام روبوت متنقل تجريبي قائم على متحكم Arduino في الوقت الفعلي لأداء عملية التنقل. لتقييم أداء الخوارزمية الهجينة المقترحة (IPSO-GWO) لتخطيط المسار ، تمت مقارنتها بثلاث خوارزميات تخطيط المسار PSO) و IPSO و (GWO ، في خمس حالات اختبار. أوضحت نتائج المقارنة لحالات الاختبار الخمس أن الطريقة المقترحة لخوارزمية تخطيط المسار تقلل متوسط طول المسار أقل من (17) ل PSO وأقل من )17( ل GWO وأقل من (0.05/) ) بالنسبة ل 1250 ، على التوالي ، بينما يقلل متوسط وقت الحساب ¢ أقل من PSO بنسبة )1.77( ، dilly من GWO بنسبة )71.9( ، وأقل من IPSO بنسبة (/0.4) على التوالي. ثناء تحليل أداء الخوارزمية الهجينة المقترحة (IPSO-GWO) مع خوارزميات أخرى مشهورة ، لوحظ أن IPSO-GWO يوفر أداءَ أفضل لتحسين المسار ويقلل من وقت التنقل مقارنة بالخوارزميات الأخرى. أشارت النتائج التجريبية إلى أن نسبة الخطأ المطلق بين نتائج التجربة والمحاكاة كانت في حدود 4. يوضح هذا أن وحدات المنهجية المقترحة تعمل بشكل جيد ، وقد وجد أنها فعالة في التعرف البصري على بيئات WMR ، وتجنب العقبات ، وإيجاد المسارات الأقصر © وتتبع المسار الموصى به لجميع حالات الاختبار.
Abstract
The use of mobile robots is gaining popularity because their applications are oriented to different areas that interact with humans in different fields. The main challenge of mobile robots is the path planning problem, which involves both the efficiency and safety (obstacle avoidance) of the path points for the movement of the mobile robot. In this research work, the design and implementation of the navigation approach was proposed to guide a mobile robot during path tracking point- to-point motion tasks in collision-free navigation. The navigation approach was designed from three main modules: Image processing module, path planning module, and robot motion module. The first module aims to design a visual search unit of the Wheeled Mobile Robot (WMR) workspace for obstacle detection and recognition of the WMR and target point. This module employed a vision system and appropriate image processing algorithms to extract information from the image and give more interactivity to the mobile robot with the external environment. The second module was designed to ensure the efficiency and safety of the selected path points of the mobile robot movement by finding the desired path based on the new swarm algorithm approach which is implemented based on combining the improved Particle Swarm Optimization (IPSO) algorithm and Grey Wolf Optimization (GWO) algorithm. While the third module is to design a motion controller to guide a wheeled mobile robot during path tracking in real-time based on a rotary encoder and a PID (proportional integral derivative) controller. This proposed approach made the mobile robot able to achieve the following tasks: recognition of the robot environment, localization (map building), obstacle avoidance, decision-making, and motion control. The performance of the proposed approach was demonstrated through computer simulations using MATLAB Package (R2018b) and implementation using an Arduino microcontroller-based experimental wheeled mobile robot in real-time to perform the navigation process. To evaluate the performance of the proposed hybrid algorithm (IPSO- GWO) of the path planning, it has been compared with three path planning algorithms (PSO, IPSO, and GWO), in five test cases. The comparing results for the five test cases manifested that the proposed approach of the path planning algorithm reduces the average path length less than by (1%) for PSO, less than by (1%) for GWO, and less than by (0.05%) for IPSO, respectively, while reduces the average computation time, less than PSO by (1.7%), less than GWO by (1.9%), and less than IPSO by ( 0.4%), respectively. During the performance analysis of the proposed hybrid algorithm (IPSO-GWO) with other famous algorithms, it has been noticed that IPSO- GWO gives better performance for path optimality and minimizes the navigational time as compared with other algorithms. The experimental results indicated that the percentage of absolute error between the experimental and simulation results was within 4%. This evinces that the proposed approach performs well, and it was found efficient for the visual recognition of the WMR environments, avoiding obstacles, finding the shortest paths, and tracking recommended paths for all the test cases.
طلب نسخة من الملف
الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.