Thạc Sĩ ứng dụng mạng nơron trong bài toán xác định lộ trình cho robot

LỜI NÓI ĐẦU
Nhờ các khả năng: Học, nhớ lại và khái quát hoá từ các mẫu huấn luyện
hoặc dữ liệu, mạng nơron nhân tạo trở thành một phát minh mới đầy hứa hẹn
của hệ thống xử lý thông tin. Các tính toán nơron cho phép giải quyết tốt
những bài toán đặc trưng bởi một số hoặc tất cả các tính chất sau: Sử dụng
không gian nhiều chiều, các tương tác phức tạp, chưa biết hoặc không thể
theo dõi về mặt toán học giữa các biến. Ngoài ra phương pháp này còn cho
phép tìm ra nghiệm của những bài toán đòi hỏi đầu vào là các cảm nhận của
con người như: tiếng nói, nhìn và nhận dạng .
Bài toán lập lộ trình cho robot là một bài toán khá phức tạp, do khi tồn tại
và hành động trong môi trường robot sẽ phải chịu rất nhiều sự tác động khác
nhau. Tuy nhiên, các tính toán nơron lại cho phép giải quyết tốt các bài toán
có nhiều tương tác phức tạp. Vì vậy, ứng dụng mạng nơron trong bài toán xác
định lộ trình cho robot sẽ hứa hẹn là một giải pháp hiệu quả góp phần nâng
cao hiệu năng làm việc của robot nhờ khả năng di chuyển nhanh chóng, chính
xác trong các môi trường làm việc của mình.
Trên thế giới, đã có một số nghiên cứu ứng dụng mạng nơron trong bài
toán lập lộ trình cho robot. Tuy nhiên, lĩnh vực này còn khá mới mẻ và chưa
được ứng dụng rộng rãi ở nước ta. Trong nước cũng chưa có một tài liệu
chính thống nào về lĩnh vực này. Với những ứng dụng ngày càng rộng rãi của
công nghệ robot, việc nghiên cứu và áp dụng những thành tựu mới của công
nghệ thông tin vào thiết kế và cải tiến các kỹ năng trong đó có kỹ năng tránh
các vật cản khi di chuyển là một trong những vấn đề nóng đang rất được quan
tâm. Chính vì những lý do trên em đã quyết định chọn đề tài: “Ứng dụng
mạng nơron trong bài toán xác định lộ trình cho robot” Với mục đích tìm
hiểu về mạng nơron nhân tạo và bài toán lập lộ trình cho robot, ứng dụng
mạng nơron vào bài toán trên.
Luận văn gồm 3 chương với các nội dung cơ bản sau:
Chương 1: Trình bày tổng quan về cơ sở của mạng nơron nhân tạo, và
nêu khái quát những ứng dụng của mạng nơron trong công nghệ robot.
Chương 2: Trình bày: bài toán lập lộ trình và những thành phần của
nó, không gian cấu hình, cấu hình chướng ngại vật.
Chương 3: Trình bày: hương pháp lập lộ trình của Yang và Meng, cải
tiến mô hình nguyên bản do Yang và Meng đề xuất, cài đặt thử nghiệm
hai mô hình đã trình bày, đưa ra những nhận xét về hiệu quả của hai mô
hình đó.
Mặc dù đã hết sức nỗ lực, song do thời gian và kinh nghiệm nghiên cứu
khoa học còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong
nhận được sự góp ý của các thầy cô và bạn bè đồng nghiệp để hiểu biết của
mình ngày một hoàn thiện hơn.
Qua luận văn này em xin chân thành cảm ơn: PGS .TS Đặng Quang Á -
Viện Công nghệ thông tin đã tận tình giúp đỡ, động viên, định hướng,
hướng dẫn em nghiên cứu và hoàn thành luận văn này. Em xin cảm ơn các
thầy cô giáo trong viện Công nghệ thông tin, các thầy cô giáo khoa Công
nghệ thông tin ĐH Thái nguyên, đã giảng dạy và giúp đỡ em trong hai năm
học qua, cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của các bạn đồng nghiệp .
MỤC LỤC
MỤC LỤC
1
DANH MỤC HÌNH 4
LỜI NÓI ĐẦU 6
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 . 5 8
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
[charge=450]http://up.4share.vn/f/7849414c49494d4c/LV_08_CNTT_KH_DTTQ.pdf.file[/charge]