dizertační práce

Plánování cesty autonomního lokomočního robotu na základě strojového učení

Text práce 1.39 MB Příloha 418.21 kB Teze 351.92 kB

Autor práce: Ing. Petr Krček, Ph.D.

Ak. rok: 2010/2011

Vedoucí: RNDr. Jiří Dvořák, CSc.

Oponenti: Oponent bude zobrazen po zveřejnění jeho hodnocení.

Abstrakt:

Jak již plyne z názvu, tato disertační práce se zabývá plánováním cesty autonomního lokomočního robotu na základě strojového učení. Úkolem plánování cesty robotu je nalezení cesty z počáteční do cílové pozice bez kolize s překážkami tak, aby ohodnocení cesty bylo minimální. Autonomní robot je takový stroj, který je schopen vykonávat úkoly zcela samostatně i v prostředích s dynamickými změnami. Plánování cesty v dynamickém částečně známém prostředí je však obtížným problémem. Schopnost autonomního robotu přizpůsobovat svoje chování změnám prostředí může být zajištěna pomocí metod strojového učení. V souvislosti s plánováním cesty se z metod strojového učení uplatňují především případové usuzování, neuronové sítě, posilované učení, rojová inteligence a genetické algoritmy.

Prvá část disertační práce seznamuje čtenáře se současným stavem výzkumu v oblasti plánování cesty. Přehled metod je věnován základním všesměrovým robotům i robotům, na které jsou kladena diferenciální omezení.

V práci je navržena řada metod pro plánování cesty všesměrových robotů i robotů s diferenciálním omezením. Tyto navržené metody jsou založeny především na případovém usuzování a genetických algoritmech.

Všechny navržené metody byly implementovány v simulačních aplikacích. Výsledky experimentů prováděných v těchto aplikacích jsou součástí této práce. U každého experimentu je proveden rozbor výsledků. Z experimentů plyne, že navržené metody jsou schopné konkurovat běžně používaným metodám, neboť ve většině případů dosahují lepších výsledků.

Klíčová slova:

Plánování cesty, neholonomní robot, případové usuzování, genetické algoritmy.

Termín obhajoby

10.12.2010

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znakmkaPznamka

Průběh obhajoby

Disertant fundovaně vymezil přínosy své práce, a to jak v oblasti teoretické, tak i praktické.

Jazyk práce

čeština

Fakulta

Ústav

Studijní obor

Inženýrská mechanika (D-IME)

Složení komise

prof. RNDr. Ing. Tomáš Březina, CSc. (předseda)
doc. Ing. Pavel Bělohoubek, CSc. (člen)
plk. gšt. prof. Dr. Ing. Alexandr Štefek, Dr. (člen)
prof. Ing. Luděk Žalud, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Vladimír Konečný, CSc. (člen)
prof. Ing. Pavel Ošmera, CSc. (člen)
prof. RNDr. Ing. Miloš Šeda, Ph.D. (člen)
doc. RNDr. PaedDr. Eva Volná, Ph.D. (člen)

Posudek vedoucího
RNDr. Jiří Dvořák, CSc.

Předložená práce představuje přínos pro řešení problému plánování cesty mobilního robotu. Prvá část práce (kapitoly 1 až 3) zachycuje současný stav řešené problematiky. Jsou zde popsány základní způsoby reprezentace prostředí a typy metod pro plánování cesty robotu, přičemž hlavní pozornost je věnována metodám využívajícím strojové učení a neholonomním robotům.
Těžištěm práce jsou kapitoly 4, 5 a 6, kde autor popisuje vlastní návrh metod pro plánování cesty robotu, jejich implementaci a výsledky experimentů. Jsou navrženy metody pro diskrétní prostředí reprezentované mřížkou i pro spojité prostředí a pro holonomní i neholonomní roboty. Navržené metody jsou založeny na genetických algoritmech a případovém usuzování využívajícím případový graf. Hlavní pozornost je věnována neholonomním robotům. V příslušném programu jsou implementovány tři modely neholonomních robotů, ale objektová architektura vytvořeného programu umožňuje snadnou integraci dalších modelů. Výsledky experimentů prokazují, že navržené metody mají lepší chování ve srovnání s grafovými algoritmy a s algoritmem rychle rostoucích náhodných stromů.
Předložená disertační práce je zpracována velmi pečlivě. Výklad zkoumané problematiky je podán přehledně a srozumitelně, čemuž napomáhá řada názorných obrázků. Práce je dobře strukturována a má velmi dobrou úpravu.
Vytyčené cíle disertační práce byly splněny v celém rozsahu. Výsledky práce byly publikovány v časopisech a na řadě národních i mezinárodních konferencí a jsou součástí řešení vědecko-výzkumných záměrů MSM 0021630518 "Simulační modelování mechatronických soustav" a MSM 0021630529 „Inteligentní systémy v automatizaci“. Výsledky práce jsou prakticky využitelné a mohou také být východiskem pro tvorbu systémů plánování cesty kombinujících případové usuzování s jinými metodami pro hledání cest.