بخشی از مقاله
خلاصه
هدایت و مسیریابی ربات ها یکی از مهمترین مسایل در مورد رباتهای متحرک خودگردان است. این ربات ها می توانند وظایف خود را در مکان های پر خطر و یا مکان هایی که انسان قادر به رفتن به آنجا نیست انجام دهند. در عصری که زندگی میکنیم خلا استفاده بهینه از ربات ها به صورت کاربردی احساس میشود. در این میان وجود ربات هایی که در محیط های خطرناک و حساس حرکت کنند و به موانع برخورد نکنند یا کمترین برخورد را داشته باشند، بیشتر احساس میشود. هدف ما طراحی یک کنترلکننده منطق فازی مبتنی 16 قانون برای ناوبری روبات بوده که بر اساس روش فازی نوع sugeno انجام شده است. در این مقاله کنترلکننده فازی دارای 4 ورودی و 1 خروجی است. این روش، کنترل مناسبی را برای مانور زاویه سمت وسایل خود مختار ایجاد میکند که توسط روبات جهت رسیدن به هدف، بدون برخورد در محیطهای شلوغ بکار گرفته میشود. این ربات در محیط های شلوغ و پرمانع خصوصا محیط های پویا کنترل خوبی دارد چرا که در طراحی آن از 4 سنسور سونار استفاده شده ولی در هر دو محیط استاتیک و داینامیک بازدهی بالایی دارد. دقت اندازهگیری مطلق موقعیت روبات، فاصله از موانع، فاصله از مقصد، سرعت، وضعیت، و نرخ تغییر زاویه سمت فاکتورهایی هستند که موفقیت کنترل ناوبری روبات متحرک به آنها بستگی دارد لذا این فاکتور ها در کیفیت خروجی تاثیر مستقیم دارند.
کلمات کلیدی: روبات خودگردان، سونار، منطق فازی، اجتناب از مانع، Sugeno
.1 مقدمه
در مساله دنیای واقعی برای ناوبری روباتهای متحرک خوداتکا، روبات باید قادر به حس محیط اطراف، درک اطلاعات حس شده برای دریافت شناختی از موقعیت خود و محیط اطراف، برنامهریزی یک مسیر بلادرنگ از نقطه شروع تا موقعیت هدف همراه با اجتناب از مانع، و کنترل زاویه فرمان و سرعت خود برای رسیدن به هدف باشد. علاوه بر این کم هزینه بودن این روش از دیگر مزایای آن میباشد چرا که تنها از چهار سنسور سونار در آن استفاده شده است. از معایب آن میتوان به سرعت عملکرد آن از نقطه ی شروع به سمت هدف اشاره کرد چرا که این ربات متحرک خودگردان تنها چهار سنسورسونار دارد و برای این که در محیط به موانع برخورد نکند، فقط به سمت چپ و راست میرود و این چون یک حرکت زیک زاک و غیر مستقیم دارد، سریع ترین حرکت از نقطه شروع به نقطه ی هدف را ندارد.
مشکل اصلی این روش تنها در محیط های پویا - Dynamic - این است که به دلیل این که موانع تغییر حالت میکنند و جا به جا میشوند، اگر در شرایطی ار هر چهار طرف - چپ راست جلو عقب - موانع به آن نزدیک شوند،این ربات محاصره شده و گیر میکند که البته در نسخه های بعدی آن میتوان برای موانع کوتاهتر جهشی را به آن اضافه کرد که این مشکل تا حد زیادی حل شود. از منطق فازی برای طراحی راهحلهای ممکن جهت انجام ناوبری محلی، ناوبری کلی، برنامهریزی مسیر، کنترل فرمان و کنترل سرعت روباتهای متحرک استفاده میشود. منطق فازی - FL - و شبکههای عصبی مصنوعی - ANN - برای کمک به حرکت روباتهای متحرک خوداتکا، یادگیری محیط و رسیدن به هدف مطلوب مورد استفاده قرار میگیرند .[1]
در این مقاله یک کنترلکننده منطق فازی مبتنی بر 16 قانون و از نوع sugeno برای برنامهریزی مسیر ناوبری یک روبات متحرک در محیط شلوغ طراحی شده است. یک سیستم منطق فازی جهت دو هدف اصلی پایه طراحی شده است، هدف اول جستجو و هدف دوم اجتناب از برخورد به موانع در محیطهای شلوغ بوده است. ورودیهای کنترلکننده فازی، سیستم چند متغیره شامل فاصله از موانع اندازهگیری شده از گروه سنسورهای جلو، چپ، راست و عقب بوده و خروجی آن، یک زاویه سمت است که حرکت روبات متحرک را کنترل میکند .[2] شبیهسازیهای ناوبری با روبات متحرک در انواع محیطهای شلوغ - محیطهای پر از مانع - انجام گرفت.
این روبات میتواند از برخورد به موانع پیچیده اجتناب کرده و با موفقیت به هدف خود برسد .[3]هدف ما طراحی یک کنترلکننده فازی برای هدایت ایمن و خوداتکای روبات بدون هیچگونه برخورد در محیط شلوغ از نقطه شروع به نقطه هدف است. این روبات باید اعمالی نظیر تغییر زاویه سمت - فرمان - داشته باشد. این اعمال با اندازهگیری یا کنترل مقدار متغیر زاویه سمت - که متغیر خروجی است - انجام میگیرند . [4] برای محاسبه مقدار متغیر خروجی میتوان تغییر متغیرهای ورودی نظیر فواصل جلویی، چپ و راست روبات از موانع را اندازه گرفت. در زیر، کنترلکننده ناوبری بلادرنگ منطق فازی توضیح داده میشود.نتایج شبیه سازی را میتوانید در دو شکل یک مشاهده کنید.
.2 روش انجام کار
کنترلکننده فازی از نوع Sugeno برای ناوبری ربات در محیطهای شلوغدر این مقاله ما از 16 قانون جهت هدایت ربات استفاده کرده ایم و همچنین از متور استنتاج Sugeno استفاده کردیم چرا که طبق جدول2 در زیر، به ما پارامتر های متفاوتی نسبت به متور استنتاج mamdani میدهد.در این بخش، ناوبری منطق فازی Sugeno با 16 قانون شناخت-محور ارائه میشود که یک روبات متحرک را از موقعیت شروع مشخص به موقعیت هدف تعیین شده توسط کاربر، بدون مشخص بودن یا نبودن سناریوها در محیطهای شلوغ پر از مانع، میرساند .[5] برای اجتناب از برخورد به موانع، کنترلکننده بر اساس 16 قانون تعریف شده توسط کاربر و تحت کنترلکننده منطق فازی نوع Sugeno - شکل - 1 عمل میکند. ورودیهای کنترلکننده فازی، موانع هستند که در جلو، چپ و راست روبات متحرک قرار دارند و هر متغیر ورودی دارای دو تابع عضویت - MF - نزدیک یا دور است.
این توابع به شکل ذوزنقهای - trapmf - هستند که در شکلهای - a - 2، - b - 2 ، - c - 2 و - d - 2 نشان داده شدهاند. خروجی این سیستم، کنترل زاویه سمت - فرمان - یک روبات جهت اجتناب از موانع بسیار و حرکت به سمت هدف است. متغیر خروجی نیز دارای دو تابع عضویت مثبت و منفی است که در شکل 3 نشان داده شده است. از روش غیرفازیسازی - wtaver - برای تولید یک خروجی عددی منفرد از مجموعه خروجی فازی حاصله و خروجی توزیع قانون سطح کنترلی زاویه سمت - H_A - استفاده شده است - شکل . - 4 این قوانین روابط بین موانع جلویی، چپ ، راست و عقب را با زاویه سمت و بر اساس عبارات محاورهای ایجاد میکنند .[6] در محیط شبیهسازی، روبات با 4 ورودی و 2 تابع عضویت ذوزنقهای با 16 تابع قانون پایه - 2*2*2*2 - شروع به حرکت میکند. کل بدنه قوانین شناخت-محور که برای ناوبری روبات متحرک نیاز هستند، در
