Έλεγχος της κίνησης αυτόνομων ρομποτικών οχημάτων με τη χρήση γραμμικών και μη-γραμμικών συστημάτων
Creators: name: Πετάβρατζης, Ελευθέριος Κ.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2023
Subjects: Σχεδίαση διαδρομής
Χάος
Δυναμικά συστήματα
Μικροελεγκτής
Path planning
Chaos
Dynamical systems
Microcontroller

description: Στη παρούσα διδακτορική διατριβή που εκπονήθηκε στο τμήμα Φυσικής του ΑΠΘ αντικείμενο μελέτης αποτέλεσε ο έλεγχος της κίνησης αυτόνομων ρομποτικών οχημάτων με τη χρήση γραμμικών και μη-γραμμικών συστημάτων. Στα πλαίσια της διατριβής χρησιμοποιήθηκαν διάφορες τεχνικές ελέγχου της κίνησης των ρομποτικών αυτών οχημάτων. Αρχικά μελετήθηκε το πρόβλημα της εύρεσης της συντομότερης διαδρομής ούτως ώστε ένα ρομποτικό όχημα να μπορεί να μετακινηθεί από μια αρχική σε μια τελική θέση. Για την επίτευξη του στόχου αυτού χρησιμοποιήθηκαν τα πεπερασμένα πλέγματα γραμμικών αντιστατών τα οποία επέτρεπαν την εύρεση της συντομότερης διαδρομής. Στη συνέχεια η μελέτη επικεντρώθηκε στη δημιουργία αποτελεσματικών τεχνικών ελέγχου της κίνησης ενός ρομποτικού οχήματος προκειμένου να μπορεί να κινείται απρόβλεπτα μέσα σε μια επιφάνεια εργασίας με παράλληλη ικανοποιητική κάλυψή της με τον ελάχιστο αριθμό εντολών κίνησης. Προκειμένου να επιτευχθεί ο στόχος αυτός χρησιμοποιήθηκαν τα χαοτικά δυναμικά συστήματα διότι κατασκευάστηκαν γεννήτριες ψευδοτυχαίων δυαδικών ψηφίων οι οποίες χρησιμοποιούσαν αυτού του είδους τα δυναμικά συστήματα προκειμένου να παράγουν τις εντολές κίνησης ενός ρομποτικού οχήματος. Από τη μελέτη της συμπεριφοράς ενός ρομποτικού οχήματος με δυνατότητα κίνησης είτε σε τέσσερεις είτε σε οκτώ κατευθύνσεις προέκυψε η ανάγκη δημιουργίας τεχνικών βελτιστοποίησης της συμπεριφοράς του. Για το λόγο αυτό, σχεδιάστηκαν δύο επιπλέον τεχνικές, η μέθοδος της αντίστροφης φερομόνης και η τεχνική της μνήμης, οι οποίες πέτυχαν σημαντική αύξηση του ποσοστού κάλυψης της επιφάνειας εργασίας με παράλληλη μείωση των πολλαπλών επισκέψεων σε κάθε περιοχή της. Στη συνέχεια χρησιμοποιήθηκαν οι τελεστές υπολοίπων προκειμένου να παράγουν τις εντολές κίνησης. Όπως και στις ψευδοτυχαίες γεννήτριες, έτσι και στους τελεστές υπολοίπων, χρησιμοποιήθηκαν χαοτικά συστήματα. Επιπλέον χρησιμοποιήθηκε και η τεχνική της μνήμης προκειμένου να μελετηθεί η επίδρασή της στα τελικά αποτελέσματα. Κατόπιν μελετήθηκε και η περίπτωση της κίνησης ενός ρομποτικού οχήματος μέσω της απευθείας χρήσης ενός υπερχαοτικού συστήματος. Τέλος για την ολοκλήρωση της διατριβής σχεδιάστηκε και υλοποιήθηκε μια εφαρμογή κατά την οποία μιας ρομποτική πλατφόρμα μπορούσε να κινηθεί μέσω της χρήσης των γεννητριών ψευδοτυχαίων δυαδικών ψηφίων. Η πλατφόρμα μπορούσε να κινηθεί και να καλύψει σε ικανοποιητικό βαθμό την δοσμένη επιφάνεια εργασίας και πιστοποίησε την δυνατότητα πρακτικής εφαρμογής των προτεινόμενων μεθόδων ελέγχου της κίνησης των αυτόνομων ρομποτικών οχημάτων με πολύ ικανοποιητικά αποτελέσματα.
description: This PhD Thesis was accomplished in the Department of Physics of Aristotle University of Thessaloniki and its subject was the control of the motion of autonomous mobile robotic vehicles with the use of linear and nonlinear systems. In the context of the thesis, different techniques have been used for the motion’s control of these robotic vehicles. Initially, the problem of finding the shortest path so that a robotic vehicle can move from an initial location to a final location was studied. To achieve this goal, the finite grids of linear resistors were used which allowed finding the shortest path. The study then focused on creating effective motion control techniques for a robotic vehicle in order to be able to move unpredictably within a work surface while satisfactorily covering it with the minimum number of motion commands. In order to achieve this goal, chaotic dynamic systems were used because pseudo-random binary generators were constructed that used this type of dynamic systems in order to generate the movement commands of a robotic vehicle. From the study of the behavior of a robotic vehicle with the ability to move in either four or eight directions, the need arose to create techniques to optimize its behavior. For this reason, two additional techniques, the reverse pheromone method and the memory technique, were designed, which achieved a significant increase in the coverage rate of the desktop while reducing multiple visits to each area of it. The modulo operators were then used to generate the move commands. As in pseudorandom generators, so in modulo operators, chaotic systems were used. In addition, the memory technique was also used in order to study its effect on the final results. Then the case of the movement of a robotic vehicle through the direct use of a hyperchaotic system was also studied. Finally, for the completion of the thesis, an application was designed and implemented in which a robotic platform could move through the use of pseudorandom binary digit generators. The platform could move and satisfactorily cover the given work surface and certified the possibility of practical application of the proposed methods of controlling the movement of autonomous robotic vehicles with very satisfactory results.