ngoc_anh_111
New Member
Download miễn phí Luận văn Ứng dụng mạng nơron trong bài toán xác định lộ trình cho robot
MỤC LỤC
MỤC LỤC1
DANH MỤC HÌNH4
LỜI NÓI ĐẦU6
CHưƠNG 1 TỔNG QUAN MẠNG NƠRON NHÂN TẠO. 8
1.1. Giới thiệu mạng nơron. 8
1.1.1. Những kiến trúc tính toán. 8
1.1.2. Lịch sử phát triển của mạng nơron. 9
1.1.3. Nơron sinh học. 11
1.1.4. Nơron nhân tạo. 12
1.1.5. Mạng nơron nhân tạo. 14
1.1.6. Tiếp cận nơron trong tính toán. 18
1.2. Phạm vi ứng dụng của mạng nơron. 22
1.2.1. Những bài toán thích hợp. 22
1.2.2. Các lĩnh vực ứng dụng của mạng nơron. 24
1.2.3. ưu nhược điểm của mạng nơron. 25
1.3. Mạng Hopfield. 26
1.3.1. Mạng Hopfield rời rạc. 28
1.3.2. Mạng Hopfiel liên tục. 28
1.4. Mạng nơron trong kỹ thuật robot. 29
1.5. Nhận xét. 30
CHưƠNG 2 GIỚI THIỆU BÀI TOÁN LẬP LỘ TRÌNH CHO ROBOT. 32
2.1. Giới thiệu robot nhân tạo. 32
2.1.1. Tổng quan. 32
2.1.2. Giải pháp thiết kế. 33
2.2. Bài toán lập lộ trình. 34
2.2.1. Mở đầu. 34
2.2.2. Các ví dụ thực tế. 37
2.2.3. Bài toán lập lộ trình chuyển động cho robot. 39
2.3. Các thành phần cơ bản của việc lập lộ trình. 40
2.3.1. Trạng thái. 40
2.3.2. Thời gian. 40
2.3.3. Hành động. 41
2.3.4. Trạng thái đầu và trạng thái kết thúc. 41
2.3.5. Tiêu chuẩn. 41
2.3.6. Giải thuật. 42
2.3.7. Người lập lộ trình. 42
2.3.8. Lộ trình. 42
2.3.9. Lập lộ trình chuyển động. 46
2.4. Không gian cấu hình. 46
2.4.1. Các khái niệm không gian cấu hình. 46
2.4.2. Mô hình cấu hình. 47
2.4.3. Không gian cấu hình chướng ngại. 56
2.4.4. Định nghĩa chính xác về vấn đề lập lộ trình. 58
CHưƠNG 3 ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON NHÂN TẠO TRONG BÀI TOÁN
LẬP LỘ TRÌNH CHO ROBOT.60
3.1. Mạng nơron nhân tạo và bài toán lập lộ trình. 60
3.2. Ứng dụng mạng Hopfield giải bài toán lập lộ trình . 62
3.2.1. Khái quát một số phương pháp lập lộ trình. 62
3.2.2. Phương pháp do Yang và Meng đề xuất. 63
3.2.3. Mô hình Yang và Meng cải tiến. 67
3.3. Các kết quả thử nghiệm. 69
3.3.1. Chương trình Đềmô. 69
3.3.2. So sánh các kết quả. 71
3.3.3. Kết luận. 73
KẾT LUẬN. 75
TÀI LIỆU THAM KHẢO. 76
PHỤ LỤC. 77
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
trang bị bộ cảm nhận để cảm nhận cácthông tin về môi trƣờng nhƣ: sensor, encoder, camera,... Các bộ phận
thực hiện hành động: bánh xe để chuyển động, cánh tay…
Các tri thức mà robot cần đƣợc trang bị là: Cấu trúc của môi trƣờng
làm việc, các hoàn cảnh mà robot có thể gặp và các hành động mà
robot cần thực hiện trong các hoàn cảnh đó, ... Các tri thức này cần
đƣợc thể hiện một cách thích hợp sao cho thuận tiện cho việc lƣu trữ,
tìm kiếm và suy diễn.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
33
Các khả năng của robot: Robot cần có khả năng phân biệt đƣợc các đối
tƣợng mà nó gặp, thực hiện các thao tác, di chuyển an toàn trong môi
trƣờng sao cho đƣờng đi là tối ƣu và không va trạm với các vật cản.
2.1.2. Giải pháp thiết kế
Để thiết kế robot ta phải hoàn thiện các công đoạn sau:
* Xem robot nhƣ một đối tƣợng lập trình bao gồm:
- Dữ liệu: Các trạng thái của môi trƣờng làm việc, giá trị của sensor,
encoder...
- Tác vụ: Là tập các hành động cơ bản mà robot có thể thực hiện nhƣ:
Tiến, lùi, rẽ trái, rẽ phải, ...
* Mô hình hoá môi trƣờng làm việc
* Mô hình hoá đối tƣợng robot sẽ gặp, xử lý các tác vụ trong môi trƣờng làm
việc, cùng với việc xử lý dữ liệu và các trạng thái trong môi trƣờng
* Nhúng các giải thuật tìm đƣờng và giải thuật xử lý sự kiện cho robot để có
một đƣờng đi tốt từ vị trí ban đầu tới đích và xử lý các tình huống ngoại lệ
nhƣ va chạm.
* Phân chia và module hoá các khối trên robot.
* Xây dựng các thành phần robot bao gồm: Lập trình, mạch phần cứng, cơ
cấu cơ khí. Cả ba quá trình này phải triển khai đồng bộ với nhau và chúng có
tác động rất lớn tới nhau, sự hoàn thiện phần này là tiền đề để xây dựng phần
kia.
* Cơ chế hiển thị và Debug lỗi qua các giao tiếp Led/LCD hay với PC.
Các thành phần cấu thành nên robot có thể đƣợc mô hình hoá bởi sơ đồ
sau:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
34
Hình 2.1. Các thành phần cấu thành robot
Tất cả các thành phần trên góp phần cấu thành một robot hoàn chỉnh.
Ta có thể ví các cơ cấu cơ khí giống nhƣ thể xác. Các mạch điện tử giống nhƣ
các mạch máu, các nơron thần kinh, các giác quan bên ngoài. Chƣơng trình
giống nhƣ bộ não giúp điều khiển cơ thể thông qua hệ thống mạch.
2.2. BÀI TOÁN LẬP LỘ TRÌNH.
2.2.1. Mở đầu.
Để robot có thể hoạt động trong môi trƣờng và thực hiện tốt các chức
năng của nó thì ngoài các cơ cấu cơ khí, các mạch điện tử ra thì các chƣơng
trình điều khiển là không thể thiếu. Nhƣ đã trình bày ở trên, chƣơng trình có
thể ví nhƣ bộ não để điều khiển mọi hoạt động của robot. Nhƣ vậy để robot có
thể hoạt động hiệu quả thì chƣơng trình phải đƣợc thiết kế tốt, phù hợp với
các đặc tính điện tử, cơ khí. Nền tảng của các chƣơng trình này chính là các
giải thuật nhằm mô phỏng những hoạt động bậc cao của con ngƣời vào trong
những mô tả mức thấp để sao cho có thể hƣớng dẫn robot hoạt động. Một
trong những giải thuật nhƣ vậy là giải thuật lập lộ trình chuyển động cho
robot. Giải thuật này sẽ hƣớng dẫn robot di chuyển từ vị trí ban đầu tới vị trí
Kết quả
Robot
Trạng thái về môi trƣờng,
sensor, vật cản,...=>Data
Các tác vụ
cơ bản:
- Tiến
- Lùi
- Rẽ trái
- Rẽ phải
-Các tác vụ
khác
Giải thuật lập lộ trình, xử
lý sự kiện và ngoại lệ.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
35
đích sao cho tránh đƣợc những va trạm trên đƣờng đi. Ta có thể hình dung
việc lập lộ trình tƣơng tự nhƣ bài toán di chuyển một chiếc piano. Giả sử ta
cần thiết kế một giải thuật giúp máy tính thiết kế chính xác đƣờng đi để di
chuyển chiếc piano từ vị trí này đến vị trí khác với dữ liệu đầu vào là cấu trúc
toà nhà và vị trí của piano. Việc lập lộ trình cho robot thông thuờng không
quan tâm đến động lực học mà chỉ quan tâm tới việc tìm đƣờng và di chuyển
đến đích tránh va trạm với môi trƣờng xung quanh.
Khái niệm lập lộ trình xuất hiện trong khá nhiều lĩnh vực tiêu biểu nhƣ:
Lý thuyết điều khiển và trí tuệ nhân tạo.
Trong lý thuyết điều khiển: Vấn đề này đƣợc đề cập tới nhƣ việc thiết
kế những hệ thống vật lý mô tả bởi những phƣơng trình vi phân.
Những hệ thống đó có thể bao gồm những hệ thống cơ khí nhƣ ô tô
hay máy bay, những hệ thống điện nhƣ lọc tiếng ồn, hay cả những hệ
thống xuất hiện trong nhiều lĩnh vực đa dạng khác nhƣ hóa học, kinh tế
học và xã hội học. Trƣớc đây, lý thuyết điều khiển là điều khiển mờ
phản hồi, cho phép một sự hồi đáp có khả năng thích ứng trong thời
gian thực hiện, tập trung về sự ổn định, mà bảo đảm rằng vấn đề động
lực học không gây cho hệ thống trở nên lộn xộn mất điều khiển. Một
tiêu chuẩn quan trọng cho sự tối ƣu hóa để tối giản tiêu thụ tài nguyên,
nhƣ năng lƣợng hay thời gian. Trong các tài liệu về lý thuyết điều
khiển gần đây, việc lập lộ trình chuyển động đôi khi đƣợc quy dẫn đến
việc xây dựng đầu vào tới một hệ thống động lực phi tuyến để điều
khiển robot từ vị trí ban đầu tới một vị trí đích xác định. Trong lĩnh vực
này luôn mong muốn có một thuật toán lý tƣởng sao cho vẫn xử lý tốt
bài toán khi những dữ liệu đầu vào là không chắc chắn hay xuất hiện
từ những mẫu không chính xác.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
36
Trong trí tuệ nhân tạo: Thuật ngữ lập lộ trình AI lại thể hiện những đặc
điểm riêng biệt. Thay vì việc di chuyển trong một không gian liên tục
bài toán sẽ đƣợc quy dẫn về vấn đề tìm kiếm lộ trình trong một không
gian trạng thái, tƣơng tự nhƣ bài toán khối lập phƣơng Rubiết hay bài
toán dịch chuyển số. Mặc dù những vấn đề này hoàn toàn có thể đƣợc
mô hình hoá trong không gian liên tục song việc giải quyết bài toán
trong không gian trạng thái cho phép xây dựng các thuật toán lựa chọn
một dãy hoạt động thích hợp để điều khiển hoạt động của robot.
Hình 2.2. Khối Rubiết (a), bài toán dịch chuyển số (b).
Thuật ngữ lập lộ trình bao hàm rất nhiều thao tác song trong khuân khổ
của đề tài ta chỉ quan tâm tới các thuật toán lập lộ trình. Muốn hiểu sâu sắc về
các giải thuật lập lộ trình ta phải trả lời đƣợc các câu hỏi:
- Thế nào là một lộ trình?
- Một lộ trình đƣợc mô tả nhƣ thế nào?
- Nó đƣợc cài đặt nhƣ thế nào trong máy tính?
- Thế nào đƣợc coi là hoàn tất?
- Chất lƣợng của nó đƣợc đánh giá ra sao?
- Đối tƣợng nào sẽ sử dụng nó?
Có thể nói lập lộ trình là một công việc khá phức tạp vì vậy đòi hỏi
phải nghiên cứu và đƣa ra những giải pháp (giải thuật) hợp lý để giải quyết
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
37
bài toán này. Mặt khác việc lập lộ trình dựa trên các giải thuật đã đạt đƣợc
những thành công lớn trong các lĩnh vực: công nghệ, lý thuyết khoa học, công
nghệ robot, thiết kế sản xuất, không gian vũ trụ,...Những lý do trên đã thúc
...