بهبود طراحی مسیر جمعی ربات ها به روش میدان های پتانسیل مصنوعی تطبیقی

میدان­های پتانسیل مصنوعی یکی از روش­های پرکاربرد در طراحی مسیر پیوسته است. اما، کاربرد این روش در طراحی مسیر جمعی با چالش­هایی مواجه است که می­توان به مساله نقاط کمینه محلی و نیز ایجاد ترافیک در صورت افزایش تعداد ربات­ها اشاره کرد. هدف از روش پیشنهادی در این مقاله، بهبود طراحی مسیر جمعی در محیط­های پیچیده و با حضور تعداد متغیری ربات است. یک تابع پتانسیل تطبیقی جدید معرفی شده است که احتمال همگرایی و ورود هم­زمان ربات­ها به یک ناحیه و در نتیجه احتمال ایجاد ترافیک و نقاط کمینه محلی را کاهش می­دهد. همچنین، توابع پتانسیل جدیدی پیشنهاد شده است که منجر به مسیرهای هموارتر با زمان پیمایش کمتر، در مواجهه ربات با موانع می­شود. در این توابع، علاوه بر موقعیت ربات­ها و موانع، جهت حرکت ربات­ها و موقعیت هدف نیز در نظر گرفته شده است. به­منظور ارزیابی روش پیشنهادی، یک معماری نرم­افزاری هیبریدی طراحی و در بستر سیستم عامل رباتی پیاده­سازی شده است که در آن امکان پیوستن ربات­های جدید و یا تعریف هدف جدید، همزمان با حرکت دیگر ربات­ها وجود دارد. نتایج نشان می­دهد که استفاده از توابع پتانسیل پیشنهادی منجر به کاهش همگرایی ربات­ها و در نتیجه کاهش زمان پیمایش مسیرها می­شود. در شبیه سازی صورت گرفته برای ۲ ربات، استفاده از توابع تطبیقی توسعه داده شده منجر با کاهش ۳۵ درصدی در زمان پیمایش مسیرها شده است. درحالیکه در طراحی مسیر برای ۱۵ ربات در نقشه یکسان، کاهش ۵۰ درصدی در زمان پیمایش مسیرها حاصل شده است.

کلیدواژه ها:

path planning ، multirobot system ، adaptive system ، artificial potential field ، hybrid architecture ، autonomous robot ، طراحی مسیر ، سیستم چندرباتی ، سیستم تطبیقی ، میدان پتانسیل مصنوعی ، معماری هیبریدی ، ربات خودکار