Η παρούσα διπλωματική εργασία μελετά το θέμα της πλοήγησης ενός ρομποτικού οχήματος με στόχο την εξερεύνηση μιας περιοχής η οποία είτε είναι ελεύθερη είτε περιέχει εμπόδια σε γνωστές θέσεις. Για αυτό το πρόβλημα εξερεύνησης, υπάρχει επίσης ένας περιορισμός που αφορά το όχημα: θα πρέπει αυτό κατά τη διάρκεια της εξερεύνησης να διατηρεί την επικοινωνία του με ένα σταθερό σταθμό βάσης. Για να αντιμετωπιστεί το σύνθετο αυτό θέμα και για να αναπτυχθεί ένας αλγόριθμος για την πειραματική διαδικασία, αρχικά θεωρήθηκε ένα μοντέλο κινοδυναμικών εξισώσεων για το ρομποτικό όχημα. Στη συνέχεια, για το μοντέλο αυτό παρουσιάστηκε ένας μη-γραμμικός ελεγκτής που σχεδιάστηκε για παρακολούθηση επιθυμητών τροχιών. Για να υλοποιηθεί ο εν λόγω ελεγκτής, ήταν απαραίτητος ο εντοπισμός της θέσης του ρομποτικού οχήματος και αυτό επετεύχθη πειραματικά μέσω επεξεργασίας εικόνας. Το ρομπότ αναγνωριζόταν στις εικόνες που λαμβάνονταν από μια κάμερα παρακολούθησης, και με κατάλληλη γεωμετρική ανάλυση ήταν εφικτή η εκτίμηση της θέσης και του προσανατολισμού του ρομπότ. Για την επικοινωνία του ρομπότ με το σταθμό βάσης αναπτύχθηκε ασύρματο δίκτυο ΙΕΕΕ 802.15.4 και για την αξιολόγηση της ποιότητας της επικοινωνίας αυτής χρησιμοποιήθηκε το Received Signal Strength Indicator (RSSI). Ο αλγόριθμος σχεδιασμού διαδρομής, ο οποίος καθοδηγεί το ρομπότ στο περιβάλλον με στόχο την εξερεύνηση όλων των ελεύθερων σημείων, αξιοποίησε την εκ των προτέρων γνώση για τα εμπόδια, καθώς και τις μετρήσεις του RSSI κατά τη διάρκεια του πειράματος, ώστε να πετύχει το στόχο του. Πιο συγκεκριμένα, χρησιμοποιήθηκε μια on-line μέθοδος που πετυχαίνει όσο το δυνατόν μεγαλύτερη κάλυψη του περιβάλλοντος υπό τον περιορισμό της επικοινωνίας, έχοντας σαν οδηγό μια προσχεδιασμένη διαδρομή εξερεύνησης. Στο τέλος της εργασίας παρουσιάζονται πειραματικά αποτελέσματα και συμπεράσματα για τα διάφορα αντικείμενα της μελέτης. / The present diploma thesis studies the subject of the navigation of a robotic vehicle for the exploration of an environment which is either free or contains obstacles in known locations. For this area coverage problem, there is an additional constraint: during the exploration the robot must maintain its communication with a stationary base station. In order to address this complex subject and to develop an algorithm for the experimental procedure, a kinodynamic model is initially assumed for the robotic vehicle. Then, a non-linear controller is designed for this model to achieve tracking of reference trajectories. For the implementation of this controller, the localization of the robotic vehicle was necessary and it was achieved via image processing during the experiments. The robot was recognized in images taken by a surveillance camera, and after appropriate geometric analysis, it was possible to estimate the position and the orientation of the robot. For the robot-base communication, an IEEE 802.15.4 wireless network was developed and in order to evaluate the quality of this communication, the Received Signal Strength Indicator (RSSI) was utilised. The path planning algorithm, which navigates the robot inside the environment to explore all the available locations, achieved its goal by combining the prior knowledge about the obstacles and the RSSI measurements during the experiments. Specifically, an on-line method that achieves maximum possible coverage of the environment under the communication constraint was employed, using a pre-designed exploring path as a guide. At the end of this thesis, some experimental results and conclusions are presented concerning the versatile subjects of this study.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:upatras.gr/oai:nemertes:10889/3137 |
| Date | 07 June 2010 |
| Creators | Γάτσης, Κωνσταντίνος |
| Contributors | Τζες, Αντώνιος, Gatsis, Konstantinos, Κούσουλας, Νικόλαος |
| Source Sets | University of Patras |
| Language | gr |
| Detected Language | Greek |
| Type | Thesis |
| Rights | 0 |
| Relation | Η ΒΚΠ διαθέτει αντίτυπο της διατριβής σε έντυπη μορφή στο βιβλιοστάσιο διδακτορικών διατριβών που βρίσκεται στο ισόγειο του κτιρίου της. |
Page generated in 0.0031 seconds