مسیریابی برخط ربات خودمختار در محیط با موانع محدب مبتنی بر هندسه مماسی

در این پژوهش یک الگوریتم هندسی نوآورانه برای مسیریابی برخط ربات های خودمختار در محیط های دوبعدی با موانع محدب ارائه می شود. ایده اصلی روش پیشنهادی استفاده از بیضی های محاطی بهینه برای مدل سازی موانع و به کارگیری خطوط مماسی به عنوان مسیرهای کاندید است. بدین ترتیب، مسئله مسیریابی در هر گام به یک حوزه ی محدب کاهش یافته و انتخاب مسیر نهایی از طریق کمینه سازی یک تابع هزینه ی سه جزئی (طول مسیر، میزان انحراف زاویه ای و فاصله از موانع) صورت می گیرد. این رویکرد نه تنها سادگی محاسبات را تضمین می کند؛ بلکه امکان به روزرسانی سریع و برخط مسیر در محیط های پویا را فراهم می سازد. یافته های شبیه سازی نشان می دهد که الگوریتم پیشنهادی به طور چشمگیری بر روش های مرسوم A*،RRT* و ACO برتری دارد. در محیط نخست، زمان اجرا، تنها ۰۳۲/۰ ثانیه (در برابر ۹۸۱/۳ و ۱/۴ثانیه)، طول مسیر ۹/۱۸۹۶ کوتاه تر از RRT* با ۲/۱۹۵۲ متر و نرمی مسیر ۲۲۵/۰(در برابر ۶/۶۹۶ و ۱۴۷/۵) ثبت شد. در محیط دوم نیز زمان محاسباتی ۱۲۴/۰ ثانیه و نرمی مسیر ۴/۰ گزارش گردید که حداقل ۶۰٪ سریع تر از A* و حدود ۲۰٪ سریع تر از RRT* است. علاوه بر این، مصرف انرژی در مسیرهای الگوریتم به طور متوسط بین ۵ تا ۱۰ درصد کمتر از سایر مسیرها بود. نتایج نشان می دهد با ترکیب هندسه مماسی و مدل سازی بیضوی موانع، قادر است مسیرهایی کوتاه تر، نرم تر و بهینه تر ایجاد کرده و در عین حال زمان پردازش را به طور معناداری کاهش دهد. بدین ترتیب، گزینه ای کارآمد برای کاربردهای مقیاس بالا و برخط محسوب شده، در ضمن قابلیت توسعه به محیط های سه بعدی را نیز داراست.

کلیدواژه ها:

مسیریابی برخط ، هندسه کاربردی ، ربات خودمختار ، بهینه سازی