Μεθοδολογία μοντελοποίησης και βελτιστοποίησης υπολογιστικής νοημοσύνης ομάδας αυτόνομων οχημάτων

Abstract

Η παρούσα διδακτορική διατριβή ερευνά τη χρήση μεθοδολογιών βασισμένων σε εργαλεία υπολογιστικής νοημοσύνης: α) για τον έλεγχο ενός ή και ομάδας ρομποτικών οχημάτων, β) για την ανάπτυξη συμπεριφορών που επιτρέπουν την αλληλεπίδραση ρομποτικών οχημάτων προκειμένου να επιτύχουν κοινούς στόχους. Δημιουργήθηκε ένα ολοκληρωμένο σύστημα ελέγχου βασισμένο σε μεθοδολογίες ασαφούς ελέγχου, ειδικά αναπτυγμένο φίλτρο αισθητηρίων και αλγόριθμος προσανατολισμού και ευρέσεως θέσης. Το σύστημα ελέγχου ενσωματώθηκε σε μια πολυεπίπεδη κατανεμημένη αρχιτεκτονική και αξιολογήθηκε πειραματικά σε ομάδα ρομποτικών οχημάτων που λειτουργούν σε εξωτερικό χώρο, με συνθήκες μεγάλης αβεβαιότητας. Το προτεινόμενο σύστημα ελέγχου, τροποποιημένο και κατάλληλα προσαρμοσμένο σε πρωτότυπο ρομποτικό όχημα που αναπτύχθηκε στα πλαίσια της διατριβής, χρησιμοποιήθηκε για την μελέτη βελτιστοποίησης ελεγκτών ρομποτικών οχημάτων. Για την διαδικασία της βελτιστοποίησης επιλέχθηκε η χρήση εξελικτικών αλγορίθμων. Μελετήθηκε η επίδραση των συναρτήσεων προσαρμογής στην απόδοση των ελεγκτών των ρομποτικών οχημάτων σε σχέση με την πληροφορία που παρέχεται κατά την διαδικασία της βελτιστοποίησης. Το αποτέλεσμα της μελέτης αυτής ήταν η ανάπτυξη ενός εμπειρικού συντελεστή που αποτελεί ένα χρήσιμο και αποτελεσματικό εργαλείο για την αξιολόγηση των συναρτήσεων προσαρμογής που χρησιμοποιούνται για την βελτιστοποίηση ελεγκτών ρομποτικών οχημάτων. Επιπλέον αναπτύχθηκε κατανεμημένος αλγόριθμος που επιτρέπει την αλληλεπίδραση και ανταλλαγή πληροφορίας μεταξύ ομάδας ρομποτικών οχημάτων για την επίτευξη κοινού στόχου δίχως την παρουσία εποπτικού ελεγκτή. Τα ρομποτικά οχήματα ελέγχονται από ασαφείς ελεγκτές που είναι υπεύθυνοι για την πλοήγηση και αποφυγή εμποδίων. Εξελικτικοί αλγόριθμοι χρησιμοποιήθηκαν για την μετάλλαξη των παραμέτρων του κατανεμημένου αλγορίθμου και των ασαφών ελεγκτών για την μελέτη, σε περιβάλλον προσομοίωσης, τόσο της βελτιστοποίησης της συνολικής απόδοσης του συστήματος όσο και της ανάδειξης αναδυόμενων συμπεριφορών. Η εξέλιξη οδήγησε σε συμπεριφορές με διαφορετική απόδοση και τρόπο λειτουργίας. Εντοπίστηκε η συνάρτηση προσαρμογής που οδηγεί στα βέλτιστα αποτελέσματα σε σχέση με την μελετώμενη δραστηριότητα καθώς και οι διαφοροποιήσεις που επιφέρει στον τρόπο λειτουργίας των ρομποτικών οχημάτων η επιλογή διαφορετικών συναρτήσεων προσαρμογής.