Mobil robotlar için yol planlama problemi ve karınca kolonisi ile yol planlama problemlerinin optimal çözümü

Abstract

Robotik sistemlerde, mobil robotların engellerden sakınması ve çarpışma olmadan yol planlaması zor bir problemdir. Buna bağlı olarak mobil robotların belirli bir alan içersinde bir noktadan başka bir noktaya, alan içersinde bulunan engeller ile çarpışma olmaksızın optimum yolun bulunması yol planlamasının temel hedefidir. Bu hedef doğrultusunda mobil robotlar için yol planlaması yapabilmek için literatürde birçok yol planlama tekniği bulunmaktadır. Özellikle son yıllarda klasik yol planlama tekniklerinin yetersizliklerini ve sorunlarını ortadan kaldırmak için sezgisel yol planlama teknikleri kullanılmaya başlanmıştır. Bu tez çalışmasında da, mobil robotların yol planlaması problemini çözme işlemi için sezgisel yol planlama tekniklerinden biri olan karınca kolonisi algoritması kullanılmış olup, buna göre bir alan içersinde engellere çarpma olmaksızın optimum yolun bulunması amaçlanmıştır. Bunun için görsel bir simülasyon programı hazırlanmıştır. Bu simülasyon program ile başlangıç-bitiş koordinatları, engellerin sayısı ve boyutları ile karınca kolonisi algoritması parametre değerleri dışarıdan girilmektedir. Bu sayede parametre değerleri istenildiğinde değiştirilerek buna göre sonuçları sağlıklı bir şekilde değerlendirmesi sağlanmıştır. Hazırlanan simülasyon programı ile 4 farklı çevre oluşturulup, sonuçlar önerilen algoritmanın lokal feromen güncellemesine ve global feromen güncellemesine bağlı olarak elde edilmiştir. Bununla birlikte karşılaştırmalar amacıyla yolların ceza fonksiyonu uygulamadan normal uzunlukları hesaplanmıştır ve bağıl hata değerleri bulunmuştur. Parametre değişikliklerine bağlı olarak program farklı engel boyutu ve sayısında defalarca çalıştırılarak algoritmanın performansı ve etkinliği değerlendirilmiştir.

It is a difficult problem to mobile robots obstacle avoidance and to path planning without clash for robotic systems. For that reason the main aim of path planning is to find optimal way without clash while it goes from one point to another point in a certain area. With that aim, we have lots of technics at literature for path planning to make a path plan for mobile robots. Especially in recent years, intuitive path planning technics are started to be used because of the insufficiency of classical path planning technics and eliminating the problem. This thesis includes Ant Colony Algorithm which is one of the ways of optimal path plans to avoidance the obstacles of mobile robots path planning. Nevertheless the aim of thesis is to find an optimal way without clashing the barriers in a certain area. Therefore a visual simulation programme is prepared. With this simulation programme start-finish coordinates, the number of obstacles and the size of them, ant colony algorithm and parameters accounts are added. Thanks to this feature, if one can change the parametric accounts and obtain safe results. There are four different circuits in this simulation programme and the results are obtained from proposed algorithm local pheromene update and global pheromene update. Notwithstanding normal lengths of the paths are calculated without penalty function in order to compare and was calculated relative error values. Depending on parameter changes, the performances and the efficiency of algorithm is evaluated by run of programme with a variety of obstacle dimensions and numbers.