پایاننامه کارشناسی ارشد
کنترل و بهینه سازی حرکت دسته ای یک توده رباتیکی به وسیله روش های الهام گرفته از طبیعت
دانشگاه صنعتی شریف
156 صفحه در قالب word
فهرست مطالب
فصل1 1
مقدمه 1
1-1. حرکت تودهای.. 2
1-2. حرکت تودهای در سیستمهای رباتیکی.. 4
1-3. مروری بر فصول پایاننامه. 8
فصل2 10
مروری بر ادبیات توده رباتیکی و تعریف مسئله 10
2-1. مقدمه. 11
2-2. مروری بر پژوهشهای پیشین در زمینه توده رباتیکی.. 11
2-2-1. شبیه سازی و کنترل رفتاری توده با تعریف فاصله مطلوب بینعضوی.. 11
2-2-2. شبیه سازی توده در حضور نیروهای بینعضوی و پتانسیل محیطی.. 12
2-2-3. شبیه سازی توده با فرض دینامیک رسته یک و اثبات پایداری تمامیت توده 14
2-2-4. شبیه سازی توده با فرض دینامیک رسته یک در حضور موانع محیطی.. 19
2-2-5. شبیهسازی توده با وجود محدودیت ارتباطی بین اعضای توده 20
2-2-6. استفاده از الگوریتم ژنتیک به منظور بهینه کردن پارامترهای یک توده رباتیکی.. 23
2-2-7. شبیه سازی توده رباتیکی جستجوگر و کمکرسان.. 24
2-3. مدل توده رباتیکی استفاده شده در این رساله. 25
2-3-1. مدلسازی توده رباتیکی.. 25
2-3-2. دینامیک حاکم بر حرکت توده 27
2-4. تعریف موضوع انجام شده در این رساله. 30
2-4-1. تعریف اهداف کنترلی توده 31
2-4-2. تعریف اهداف بهینهسازی حرکت توده 31
2-5. بیان نوآوری و اهمیت موضوع رساله. 32
فصل3 34
اهداف کنترلی توده رباتیکی 34
3-1. مقدمه. 35
3-2. کنترلر بر مبنای یادگیری تقویتی.. 36
3-3. کنترلرهای تقویتی کلاسیک.... 36
3-4. کنترلرهای تقویتی نوین (کنترلرهای فازی- عصبی تطبیقی با وجود نقاد) 39
3-4-2. آموزش در کنترلرهای تقویتی نوین.. 44
3-5. کنترل رفتاری اعضای توده به منظور تقلید از رفتار مدل مطلوب... 48
3-5-1. مدل مطلوب و واقعی توده رباتیکی.. 48
3-5-2. طراحی کنترلر تقویتی نوین به منظور پیروی توده اینرسیال از رفتار مدل مطلوب... 49
3-5-3. نتایج شبیهسازی حرکت اعضای توده 52
3-6. کنترل حرکت اعضای توده بر روی مسیر معین.. 62
3-6-1. طراحی کنترلر تقویتی نوین برای حرکت اعضای توده روی مسیر معین.. 62
3-6-2. نتایج شبیهسازی کنترل حرکت اعضای توده روی مسیر مطلوب... 63
فصل4 69
بهینه سازی سرعت حرکت توده رباتیکی به وسیله الگوریتم پرواز پرندگان 69
4-1. مقدمه ای بر بهینه سازی.. 70
4-1-1. دسته بندی انواع مسائل بهینهسازی.. 70
4-2. روشهای بهینهسازی الهام گرفته شده از طبیعت... 71
4-3. الگوریتم بهینهسازی پرواز پرندگان.. 73
4-3-1. معرفی الگوریتم ابتدایی بهینه سازی پرواز پرندگان ]39[ 73
4-3-2. ضعف الگوریتم بهینه سازی PSO ]39[ 77
4-3-3. اصلاح روش PSO.. 78
4-3-4. گروه بندی ذرات در PSO.. 81
4-4. تعریف هدف بهینه سازی سرعت حرکت توده 82
4-5. به کارگیری الگوریتم پرواز پرندگان به منظور بیشینه سازی سرعت حرکت توده رباتیکی.. 83
4-5-2. نوآوری در الگوریتم پرواز پرندگان استفاده شده 86
4-6. نتایج شبیهسازی.. 87
فصل5 94
بهینه سازی سرعت حرکت توده رباتیکی به وسیله الگوریتم مورچگان 94
5-1. مقدمه. 95
5-2. ارتباط غیرمستقیم در اجتماع مورچگان واقعی]49[ 96
5-2-2. آزمایش پل دو شاخه. 99
5-3. اجتماع مورچگان مجازی]49[ 102
5-3-1. تبخیر فرومون.. 105
5-4. مورچه های مجازی و مساله کوتاهترین مسیر]49[ 105
5-5. رویکرد بهینهسازی اجتماع مورچگان ]49[ 108
5-6. به کارگیری الگوریتم مورچگان برای بیشینه کردن سرعت حرکت توده رباتیکی.. 110
5-7. نتایج شبیهسازی.. 113
فصل6 116
بهینه سازی سرعت حرکت توده رباتیکی به وسیله الگوریتم ژنتیک 116
6-1. مقدمه. 117
6-2. الگوریتم ژنتیک.... 118
6-2-1. جمعیت در الگوریتم ژنتیک.... 118
6-2-2. تابع هدف و برازندگی.. 119
6-2-3. مراحل مختلف اجرای الگوریتم ژنتیک]54[ 120
6-2-4. معیار توقف الگوریتم ژنتیک.... 124
6-2-5. همگرایی الگوریتم ژنتیک.... 125
6-3. به کارگیری الگوریتم ژنتیک به منظور بیشینه سازی سرعت حرکت توده رباتیکی.. 126
6-4. نتایج شبیهسازی.. 128
فصل7 131
نتیجه گیری و جمع بندی 131
7-1. نتیجه گیری و جمعبندی.. 132
7-1-1. مقایسه نتایج به دست آمده از به کارگیری الگوریتم های پرواز پرندگان، مورچگان و ژنتیک در بهینه سازی سرعت حرکت توده رباتیکی.. 133
7-2. پیشنهادهایی برای ادامه کار در آینده 134
مراجع 136
حرکت توده ای
حرکت تودهای یک نوع حرکت دسته جمعی هماهنگ است که معمولا با استفاده از ارتباطات اندک موجود بین اعضای آن و اطلاعات محدود از وضعیت کل سیستم انجام میشود. با وجود توانایی و هوش محدود و اندک برای هر عضو، مجموعه این اعضا در کنار هم قادر به انجام اهداف سطح بالا و قابل توجهی هستند. این ویژگی باعث شده است که سیستمهای دارای این نوع حرکت اهمیت ویژهای پیدا کنند و از آنها برای انجام کارهای مختلف استفاده شود. حرکت تودهای در سیستمهای بیولوژیکی، از تقابل بین مولکول‌ها و سلول‌ها گرفته تا اکولوژی رفتاری گروه‌های حیوانی، بسیار فراوان دیده میشود. به طور مثال، دسته‌های پرندگان و ماهیها توانایی حرکت با یک شکل مشخص و به صورت یک سیستم واحد را دارند (شکل‌های (1-1) و (1-2)). تحقیقات انجام گرفته نشان میدهد که حرکتهای تودهای در طبیعت در حالی صورت می‌گیرد که اعضای توده از دیدگاه جابجایی و موقعیت گیری، دارای رفتارهای تعاملی بسیار ساده در بین خود هستند. هر عضو توده تنها با مشاهده وضعیت اعضایی از گروه که در نزدیکی‌اش قرار دارد اقدام به تصمیم گیری میکند و از محرک‌های محیطی در جابجایی و رفتار خود تأثیر می‌پذیرد ]2-1[.
زندگی در مجموعه احتمال زیست را افزایش میدهد، زیرا:
- محدوده دید و آگاهی از عوامل محرک محیطی افزایش می‌یابد.
- نیازی نیست تا همیشه موجود در حداکثر هوشیاری باشد.
- قدرت برخورد با عوامل مزاحم محیطی بالا می‌رود.
در نتیجه حرکت تودهای ذرات افزایش ایمنی و توانایی را برای هر عضو توده به دنبال دارد.
- تجمع در گروه ماهیها [1].
- ایجاد الگو در حین مهاجرت دسته غاز‌های برفی [1].
- حرکت تودهای در سیستمهای رباتیکی
همین طور که در بخش (1-1) گفته شد، حرکت تودهای در طبیعت اطراف بسیار دیده میشود. وجود این منبع طبیعی باعث شده است که دانشمندان با مشاهده طبیعت و الهام از آن برای پیشبرد اهداف علمی بشر استفاده بسیاری کنند. اولین بار بردر در سال 1954 ]3[ و پارتریج در سال 1982 ]4[ حرکت تودهای دسته ماهیها و پرواز پرندگان را مورد بررسی و مشاهده قرار دادند.
یک دلیل مهندسی مهم برای مطالعه حرکتهای تودهای و هماهنگ افزایش علاقه به سیستمهای رباتهای متحرک است]2[. با ایده گرفتن از حرکات تودهای جانوران و رفتار بین آنها زمینه جدیدی در علم رباتیک به وجود آمد که حرکات توده رباتیکی[2] را شبیهسازی میکند.
توده رباتیکی از تعدادی رباتهای همسان[3]-که هر کدام از آنها در این توده دارای قابلیتهای پایین هستند- تشکیل شده است که این تعداد در کنار هم و بهطور جمعی تواناییهای قابل توجهی پیدا میکنند. این دیدگاه وجود دارد که سیستمهای رباتیکی تودهای به زودی از نظر اقتصادی به صرفه شده و انجام کارهای متنوعی که نیاز به نوعی درک توزیعی از محیط و همکاری گروهی دارند را بر عهده خواهند گرفت. از جمله این کارها جستجو و نجات، مراقبت، نظارت محیط، اکتشافات فضایی، دفع زباله‌های خطرناک و عملیات‌های نظامی هستند (شکل (1-3))]2[.
ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است
متن کامل را می توانید در ادامه دانلود نمائید
چون فقط تکه هایی از متن برای نمونه در این صفحه درج شده است ولی در فایل دانلودی متن کامل همراه با تمام ضمائم (پیوست ها) با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند موجود است
کنترل و بهینه سازی حرکت دسته ای یک توده رباتیکی به وسیله روش های الهام گرفته از طبیعت
