توصيفگر ها :
برنامهريزي حركت , برنامهريزي مسير , پيشبيني مسير حركت , تعامل انسان-ربات , حركت جمعي پرندگان , رباتيك , هوش جمعي
چكيده فارسي :
امروزه، با پيشرفتهاي فناوري، حضور رباتها در ميان انسانها و انجام بخشي از كارها توسط آنها به طور چشمگيري رشد كرده است. يكي از زمينههاي مهم كاربردي رباتها، مسائل مرتبط با حركت و مسيريابي آنها است. به همين علت نياز به يك الگوريتم برنامهريزي حركت براي يافتن مسيرهاي امكانپذير، ايمن و بدون برخورد در ميان انسانها با توجه به ساير عوامل و محيط براي رباتها احساس ميشود. هدف اين برنامهريزي حركت، انتقال ربات (يا عامل) از يك حالت اوليه يا مبدأ به يك حالت نهايي يا مقصد، به نحوي مطلوب است و چالش اصلي و مهم در اين زمينه، اجتناب از برخورد ربات با عابرانپياده و ديگر موانع موجود در محيط است. روشهاي متنوعي كه در اين حوزه معرفي ميشوند همگي قابليت مديريت حركت ربات از مبدأ به مقصد را دارند و ملاك كارايي عملكرد آنها، تعداد برخورد، تعداد متوقف شدنها تعداد گامهاي رسيدن تا مقصد و همچنين مدت زماني است كه عاملها براي رسيدن به حالت نهايي نياز دارند. در اين تحقيق، تعدادي از روشهاي مهم و پربازده قبلي در حوزه برنامهريزي حركت و اجتناب از برخورد مورد بررسي قرار ميگيرند. در ادامه، يك روش هوشمندانه برنامهريزي حركت براي رباتها در محيطهاي انساني و پرجمعيت با نام «برنامهريزي حركت مبتني بر نيرو آيندهنگر» معرفي ميشود. اين روش قابليت اجرا در محيطهاي دوبعدي با تراكم جمعيتي زياد را دارد. هرچند كه كاربرد الگوريتم مطرح شده در اين پاياننامه در محيطهاي دوبعدي است، اما الگوريتم پيشنهادي امكان پيادهسازي در محيط سهبعدي را نيز دارد. نحوه حركت ربات در اين روش مبتني بر پيشبيني مسير عابرانپياده همسايه در طول گامهاي زماني حركت بوده و با توجه به نوع محاسبات آن، از لحاظ بار پردازشي بسيار كمهزينه است. در اين تحقيق، براي صحتسنجي عملكرد الگوريتم پيشنهادي و همچنين مقايسه آن با ديگر روشها جهت مشخص كردن ميزان كارايي، آزمايشهاي مختلفي طراحي و گردآوري شده است. هركدام از اين آزمايشها براي سنجش يكي از جنبههاي عملكردي روشهاي مورد ارزيابي، به كار گرفته ميشود. نتايج نشان ميدهند كه الگوريتم پيشنهادي در آزمايشها از لحاظ همگرايي الگوريتم و رسيدن به راه حل براي مسيريابي، حداقل 4 درصد و حداكثر 12 درصد بهبود حاصل كرده است و از لحاظ طول مسيرهاي پيموده شده، بهينهتر و نزديكتر به حالت ايدهآل نسبت به الگوريتمهاي ديگر است.
چكيده انگليسي :
Currently, with technological advancements, the presence of robots among humans and their performance in many applications has grown significantly. One of the important practical applications of robots is related to their motion and navigation. Therefore, there is a need for a motion planning algorithm to find feasible, safe, and collision-free paths for robots among humans, considering various factors and the environment. The goal of this motion planning is to efficiently transfer the robot (or agent) from an initial state or origin to a final state or destination, and the primary challenge in this field is to avoid collisions with pedestrians and other obstacles present in the environment.
The various methods introduced in this field all share the capability to manage robot motion from the origin to the destination, and their performance evaluation criteria encompass metrics such as collision count, stuck, the number of steps taken to reach the destination, and the time agents need to reach their final states.
This research examines several significant and high-performance methods previously applied in the domain of motion planning and collision avoidance. Subsequently, an intelligent motion planning approach for robots in densely populated human environments, named "Futuristic-Force based Motion Planning" (Futuristic-FMP), is introduced. This method is adaptable to two-dimensional environments with high population densities. While the application of the algorithm proposed in this thesis is primarily focused on two-dimensional spaces, Futuristic-FMP can also be extended to three-dimensional environments. The movement strategy of this approach is based on predicting the paths of neighboring pedestrians over time steps, and due to its computational nature, it incurs very low processing overhead.
In this study, various experiments are designed and conducted to validate the performance of the Futuristic-FMP algorithm and compare it with other methods in order to determine its efficiency. Each of these experiments is deployed to assess a specific functional aspect of the evaluated methods. The results indicate that, in the experiments, Futuristic-FMP has achieved a minimum improvement of 4% and a maximum improvement of 12% compared to the FMP method (the baseline algorithm) in terms of algorithm convergence and pathfinding. Furthermore, in terms of the traveled path lengths, Futuristic-FMP demonstrates more optimal and closer-to-ideal performance compared to other algorithms.