Design and implementation of fast controllers for mobile robots

Abstract

ÖZET HAREKETLİ ROBOTLAR İÇİN HIZLI KONTROLÖR TASARIMI Hareketli bir robotun belli bir amaca ulaşabilmesi için algılama, modelleme ve hareket etme gibi birçok zor görevi aynı anda ve çok küçük bir zaman diliminde gerçekleştirmesi gerekmektedir. Bir robotun kabiliyetleri algılıyıcıları ve hareket bir imleri ile sınırlandırılmış olduğu için, kontrol sisteminin bu kaynakları en iyi şekilde kullanması da çok önemlidir. Bu araştırmada, amacımız hareketli robot çalışmaları için uygun bir araştırma sahası olan robot-futbolu yarışmalarına katılabilecek bir kontrol sistemi hazırlamaktı. Robot-futbolu dünyasını modellemenin kolaylığının yanısıra, karmaşık hedefler ve çeşitli kurallar bu model içerisinde çok rahat tanımlanabilmektedir. Bu araştırma sırasında bu hedefleri ve kuralları potansiyel alanlar olarak tasarladık. Bu sayede potansiyel alan planlama methodunun en önemli iki avantajından faydalanma imkanı bulduk. İlk olarak, potansiyel alanlarla çok değişik dünya modellerini çok düşük bellek ve zaman karmaşıklığı ile modellemeyi başardık, ikinci olarak, potansiyel alan planlama metho dunun modülerliğinden faydalandık. Kontrolör sisteminin içindeki her bir modülü, diğerlerinden bağımsız olarak şekillendirilebilecek biçimde tasarladık. Bu araştırmada, hedefimiz en iyi şekillendirimiş kontrolör modüllerini bulabilmek olduğu için, genetik algoritmalardan faydalandık. Bu algoritmalarda uygunluk fonksiyonlarını hesaplamak için robot-futbol takımlarının aralarında yaptıkları maçlarm sonuçlarını kullandık. Testlerimizin sonuçlarında, potansiyel alanlara planlama methodunun yüksek hareketlilikteki sistemlerde başarılı olduğunu gördük ve genetik algoritmalarla kon trolörümüzün değişik görevler için başarıyla programlanabileceği sonucuna vardık.

IV ABSTRACT DESIGN AND IMPLEMENTATION OF FAST CONTROLLERS FOR MOBILE ROBOTS In order to achieve a goal, a mobile robot controller should handle several chal lenging tasks like processing sensor information, modeling the world and acting. First of all a good controller should be fast enough to do all those task simultaneously in a small period of time. Since the capabilities of a robot are restricted by its sensors and actuators, the controller also should be able to exploit those resources. In this research, our aim is to create a robot team for robot-soccer competitions. Robot-soccer is a very suitable research area for mobile robots. The robot-soccer world is relatively easy to model. Complex goals and various constraints can be defined precisely on this world. In our controller we implemented all goals and constraints using potential fields. This allows us to benefit from two main advantages of potential field planners. The first one is, the planner can model any world using generic field functions with quite low time and space complexity. The second advantage is the modularity of the planner. Each module of the planner can be configured separately to increase performance of the overall system. We used genetic algorithms as our training algorithm because the problem is a complex search task for the best configuration. As the fitness function, we used the results of the matches between robot-soccer teams. From the results of our tests, we are able to conclude that the potential field planner is quite successful for highly dynamic tasks like robot-soccer.