Operations Research In Motion Planning. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF (MS Thesis) MS_Thesis_(Scanned).pdf - Accepted Version Download (2MB) | Preview

Arabic Abstract

تخطيط حركة الاجسام في النظم المستقلة يعد مسالة بحثية اساسية حيث ان بعض هذه الاجسام تنفذ بعض المهام في بيئة معقدة. الابحاث الحديثة الخاصة بتخطيط الحركة تشمل سيارات القيادة الذاتية، ألعاب الكمبيوتر، الروبوتات المستقلة للاستكشاف والمراقبة وحالات الطوارئ الخ. عادة، يتم تخطيط الحركة محليا في الحاسب المركب على متن الوكيل(الجسم). من الجوانب الهامة في تخطيط الحركة تجنب الاصطدام بالاجسام الاخرى المتواجدة في بيئتها. وقد درست هذه المشاكل بشكل جيد في الأدب. لتجنب الاصطدام نستعمل-عادة- قيود غير خطية غير محدبة. وهكذا، فإن التخطيط الأمثل لحركة أجسام متعددة في حالة وجود عقبات او اجسام أخرى متحركة (ديناميكية) هي مشكلة ذات صعوبة اكثر من المشاكل متعددة الحدود [1]. بالإضافة إلى ذلك، قد يكون حل مثل هذه المشاكل مكلف جدا حسابيا، وفي نهاية المطاف قد لا يكون من العملي أن يتم تنفيذها على الحاسب المركب على متن الوكيل. في هذه الأطروحة، نقدم خوارزمية جديدة لتخطيط الحركة في بيئة ديناميكية متعددة الاجسام. في هذه الخوارزمية نفترض أن الجسم يمكنه الحصول على معلومات عن سطح وسرعات الاجسام الأخرى والعقبات الموجودة في الحيزالمحيط به. بالإضافة إلى ذلك، نفترض أن الاجسام لا يمكنها التواصل مع بعضها البعض. تم تطوير صياغة رياضية جديدة باستخدام المعلومات المذكورة أعلاه. الخوارزمية تدار محليا من قبل كل جسم لتخطيط مساره. وقد تم اختبار الخوارزمية بنجاح في سيناريوهات ديناميكية ذات جسم واحد واخرى متعددة الاجسام. تم تصميم الخوارزمية أيضا لتجنب التردد الحركي في سيناريوهات معقدة مختلفة. وقد قدمت في النهاية بعض التبسيط لحالات ذات بعد ثنائي و ثلاثية الابعاد مما يقلل أكثر زمن حساب الخوارزمية المقترحة.

English Abstract

Motion planning is one of the fundamental research problems for autonomous systems where some agents have to carryout certain tasks in a complex environment. Some recent research areas involving motion planning are found in self driving cars, computer games, autonomous robots for exploration, surveillance and emergency situations etc. Typically, motion planning needs to be done locally at agent’s onboard computing systems. An important aspect of motion planning is collision avoidance of the agents with their environment. Such problems have been well studied in the literature. Typically, the nonlinear avoidance constraints are non-convex. Thus, the optimal motion planning of multiple agents in the presence of dynamic obstacles is an NP-Hard problem [1]. Additionally, the solution of such problems may be computationally very expensive and eventually may not be practical to be performed on the on-board computing system of the agent. In this thesis, we present a novel algorithm for motion planning in mutli-agent dynamic environment. It is assumed that the agents can obtain the surface information and velocities of other agents and obstacles present in some vicinity around them. Additionally, it is assumed that the agents cannot communicate with each other. A novel mathematical formulation is developed using the above information. The algorithm runs locally by each agent for its trajectory planning. The algorithm has been successfully tested in various single and multi agent dynamic scenarios. The algorithm is also designed to avoids oscillations in various complex scenarios. Some simplifications for 2-D and 3-D cases have been presented at the end which further reduce the computation times of the proposed algorithm.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Systems
Department:	College of Computing and Mathematics > lndustrial and Systems Engineering
Committee Advisor:	Syed, Mujahid
Committee Members:	Selim, Shokri and Baroudi, Uthman
Depositing User:	HASEEB TAHIR (g201407920)
Date Deposited:	18 Sep 2017 12:59
Last Modified:	31 Dec 2020 06:04
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140468