Sürü robotiğinde öz örgütlenebilir bir araya gelme davranışı için yeni yaklaşımlar
New approaches for self-organizing aggregation behavior in swarm robotics
Yazar: OĞUZ MISIR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ LEVENT GÖKREM
Tokat Gaziosmanpaşa Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control ; Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında sürü robotiğinde öz örgütlenebilir bir araya gelme davranışı için bir algoritma ve iki farklı metot geliştirilmiştir. Geliştirilen bir araya gelme algoritması sürü robotlarının esnek ve ölçeklenebilir bir şekilde toplanma davranışının sergilemesini sağlamaktadır. Bir araya gelme algoritmasının, esnek ve ölçeklenebilirliğini değerlendirmek için farklı arena boyutlarında, farklı robot sayısında ve farklı algılama yarıçaplarında sistematik simülasyonlar yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar, robot sayısı, arena boyutu ve algılama yarıçaplarına göre istatistiksel olarak incelenmiştir. Geliştirilen metotlardan biri bulanık mantık tabanlı öz örgütlenebilir bir araya gelme davranışıdır. Metot sürü robotlarının az sayıda sensör girdilerini bulanık mantık kurallarıyla değerlendirir ve bir araya gelme davranışını sergilemesini sağlar. Bulanık mantık tabanlı metodun performansını değerlendirmek için gürültülü ve gürültüsüz sistematik simülasyonlar uygulanmıştır. Bu simülasyonlar farklı arena boyutlarında, farklı sayıda robotlarla ve farklı algılama alanı boyutlarında uygulanmıştır. Geliştirilen metotlardan ikincisi, dinamik etkileşimli öz örgütlenebilir bir araya gelme metodudur. Bu metot sürü robotlarının sahip olduğu, engel ve robot algılama sensörlerini kullanarak bir durum seçici yardımıyla bir araya gelme davranışını sergilemeyi amaçlar. Durum seçici, sürü robotlarının bir araya gelme davranışını sergilemeleri için üç farklı kontrolcüden hangisinin çalıştırılacağına karar verir. Bu kontrolcüler sürü robotlarının yaklaşma ve hizalama, engelden kaçma ve rastgele hareket etmelerini sağlamaktadır. Metotta kullanılan kontrol birimleri sürü robotlarının komşu robotlarla aralarında dinamik etkileşim yapısı sunar. Dinamik etkileşimli bir araya gelme davranışını performansını değerlendirmek için arena boyutuna, robot sayısına ve algılama yarıçapına göre sistematik simülasyonlar uygulanmıştır.  Bir araya gelme metodunun performansını ölçmek için literatürde kullanılan üç farklı toplanma ölçütü kullanılmıştır. Geliştirilen bir araya gelme davranışı metodunun toplanma ölçütleri literatürdeki diğer iki metotlarla karşılaştırılmıştır. Karşılaştırmalar sonucunda, dinamik etkileşimli bir araya gelme davranışı metodunun performansının, diğer metotlara göre daha başarılı olduğu görülmüştür.

Abstract:
In this thesis, an algorithm and two different methods have developed for self-organizing aggregation behavior in swarm robotics. The algorithm developed enables swarm robots to exhibit a flexible and scalable aggregation behavior. To evaluate the flexibility and scalability of the aggregation algorithm, systematic simulations have carried out in different arena sizes, different numbers of robots and different sensing radii. The obtained results have statistically analyzed according to the number of robots, arena size and sensing radii. One of the developed methods is fuzzy logic-based self-organizing aggregation behavior. The method allows swarm robots to evaluate a small number of sensor inputs with fuzzy logic rules and to exhibit aggregation behavior. Noisy and noiseless systematic simulations have applied to evaluate the performance of the fuzzy logic-based method. These simulations have applied with different arena sizes, different numbers of robots and different sensing area sizes. The second method is dynamically interactive self-organizing aggregation method. This method aims to exhibit the aggregation behavior with the help of a state selector by using the obstacle and robot detection sensors that swarm robots have. The status selector decides which of the three different controllers to operate for the swarm robots to exhibit the aggregation behavior. These controllers allow swarm robots to approach and alignment, avoid obstacle, and move randomly. The control units used in the method offer a dynamic interaction structure between swarm robots and neighboring robots. Systematic simulations have applied according to arena size, number of robots and sensing radius to evaluate the performance of dynamic interactive aggregation behavior. Three different aggregation metrics used in the literature have used to measure the performance of the aggregation method. The aggregation metrics of a developed method have compared with the other two methods in the literature. As a result of the comparisons, it has observed that the performance of the dynamic interacting aggregation behavior method is more successful than the other methods.