Çoklu Robot Sistemlerinde Harita Çevreleme Yöntemleri

Abstract

Çoklu robot keşfetme ve koordinasyon problemleri son birkaç yıldır üzerinde çalışılan yeni konulardandır. Problem çözümlerinde birden fazla robotun kullanılmasının temel nedeni, bazı problemlerde bu yaklaşımın daha iyi sonuçlar vermesidir. Harita çevreleme probleminde de bu durum benzerdir. Çoklu robot harita çevreleme problemi, çoklu robot keşfetme ve koordinasyon problemlerinin bir uzantısı olup, robotların keşfedilmemiş alanlarda birbirleri ile etkileşim halinde hareket etmeleri amacını taşır. Birlikte çalışan bu robotların ortak hedefi en kısa zamanda haritayı tümüyle çevrelemektir. Diğer bir deyişle, her bir robot optimal kontrol işaretini hesaplamak için belli kısıtlar altında (enerji ya da çarpışma mesafesi gibi) birer optimizasyon algoritması koşturur. Bu çalışmada, seçilen birkaç harita çevreleme yöntemi simulasyon sonuçları ile incelenmiştir. Simulasyon ortamı MATLAB üzerinde bilgisayar grafikleri ve görüntü işleme işlevleri kullanılarak gerçeklenmiştir. Ek olarak, bu çalışmanın literatüre bazı katkıları da mevcuttur. Bunlar, sınır yöntemine dayalı harita çevreleme yöntemine eklenen çarpışma önleme ve engelden kaçınma algoritmalarıdır. Bu katkıların yanında, seçilen yöntemler karşılaştırılmış ve sonuçlar tartışılmıştır. Ayrıca, sensörlerin yönden bağımsızlığını ele alan bir harita çevreleme yöntemi incelenmiştir.

Multi robot exploration and coordination problems has been being studied for more than one decade. The main reason of using multiple agents is because most of the problems can be solved by using more than one agent more efficiently. This is the case in coverage problem, too. The multi robot coverage problem is one of the extensions of the multi robot exploration and coordination topics. In multi robot coverage problem, the robots are trying to navigate in unexplored regions in coordination with each other in order to maximize the covered area in optimal time. In other words, the agents are running optimization algorithms to find an optimal control input under some constraints such as energy or collision distance constraints. In this work, a number of selected coverage methods is studied with simulation results. The simulation environment is designed in MATLAB by using computer graphics and image processing functions. There are also some contributions to the literature in this thesis, such as a frontier based coverage approach with collision and obstacle avoidance. Apart from these contributions, the methods are compared and the results are discussed. Moreover, a method considering anisotropy of the sensors is presented.