بخشی از مقاله

چکیده

رباتهای دنبالگر خط رباتهایی هستند که به صورتی طراحی شدهاند که قابلیت دنبال کردن خطهای با رنگی متفاوت با رنگ پیش زمینه را دارا میباشند از این قابلیت میتوان در کارخانهها برای آدرسدهی و هدایت رباتها استفاده کرد .بیشتر رباتهایی که تاکنون در این زمینه ساخته شدهاند برای شناخت خط از سنسورهای حساس به نور استفاده میکنند. اما در این پروژه با یک نوآوری ، یک ربات دنبالگر خط با تکنولوژی متفاوت طراحی شده است. در این روش از یک برد پردازشی به نام myRIO و دوربین وبکم برای تشخیص خط و اندازهگیری زاویهی مربوط به آن استفاده گردید.

این ربات به دلیل برخوردار بودن از وبکم و پردازش تصویر فیدبک را از دوربین دریافت میکند و حتی اگر ربات به دلیل برخورد با موانع منحرف شود باز خود را اصلاح میکند. از دیگر ویژگیهای این ربات توانایی تغییر رنگ خطی است که ربات دنبال میکند میباشد. در کدنویسی این ربات از زبان برنامهنویسی لب ویو استفاده شده است .سه روش کنترلی تناسبی،PI و فازی در کنترل این ربات به کار گرفته شده است. در آخر این سه روش با یکدیگر مقایسه گردیده است و مشخص شد کنترلر فازی با خطای کمتر و با سرعت پاسخ دهی بالاتر نسبت به کنترلر تناسبی و PI، ربات را هدایت میکند.

مقدمه

رباتهای دنبالگر خط دارای قابلیت دنبال کردن خط با رنگی متفاوت با زمین ربات را دارا میباشند. اکثر رباتهای دنبالگر خط از تعدادی سنسور نوری برای تشخیص خط استفاده میکنند. این نوع سنسورها دارای دقت بالایی در تشخیص زاویه و خط نیستند از طرفی از تعداد زیادی از این سنسورها با چینشی مخصوص برای تشخیص خط میبایست استفاده گردد که این امر باعث افزایش حجم ربات و ظاهر نامناسب ربات میگردد. برای فائق آمدن بر این مشکل از بینایی ماشین و پردازش تصویر برای تشخیص زاویه و خط استفاده گردید.

بینایی ماشین امروزه به دلیل دقت بالایی که دارا میباشند نقش مهمی را در کنترل رباتها ایفا میکنند. برای انجام عمل پردازش تصویر از برنامهی لب ویو استفاده گردیده است این نرم افزار دارای زبان برنامه نویسی گرافیکی است که نوابع و امکانات کاربردی فراوانی را در اختیار کاربر قرار میدهد که باعث کاهش زمان برنامهنویسی می گردد - . - National Instruments 2016 ز طرفی برای اجرایی کردن کدهای لب ویو از ماژول myRIO استفاده گردیده است. ماژول myRIO ساخت شرکت National Instrument کانادا میباشد و دارای قابلیتهای فراوانی از جمله امکان نصب وبکم را دارا میباشد.

از طرفی قسمت پردازش تصویر این ربات به گونهای طراحی شده است که میتوان با تغییر رنگ خطی که ربات میبایست دنبال کند مسیرهای مختلفی را با استفاده از رنگهای گوناگون تعریف کرد و با تغییر رنگ مسیر ربات را تغییر داد.شکل 1 کاربرد دیگر این قابلیت امکان کنترلر سرعت ربات با دیدن رنگی مشخص مثل قرمز میباشد از این قابلیت میتوان برای تعریف مسیرهای گوناگون در انبارها و یا کاهش سرعت ربات در مناطقی است که امکان برخورد وجود دارد استفاده کرد.

شکل : 1 نمایی از زمین ربات را نشان میدهد که مسیرهای مختلف با رنگهای مختلف که ربات با استفاده از پردازش تصویر قادر به تشخیص آن است طراحی گردیده است. سه روش کنترلی در کنترل این ربات به کار گرفته شده است و امکان تغییر روش کنترل در لحظه حتی هنگامی که ربات در حال حرکت است برای ربات در نظر گرفته شده است. دلیل طراحی کنترلرهای مختلف امکان بررسی نحوهی عملکرد هر یک از کنترلرها در کنترل ربات است.

روش تحقیق

در این بخش با رویکردی کاملا عملی به توضیح برنامهی پردازش تصویر طراحی شده و دلایل استفاده از توابعی که در آن به کتر رفته است پرداخته میشود و پس از بررسی نحوهی محاسبهی زاویه در برنامه به توضیح ساختار ربات و برد myRIO که به عنوان کنترلر در ربات مورد استفاده قرار گرفته است پرداخته می شود و در آخر نحوهی طراحی کنترلرها مورد بررسی قرار می گیرد.

پردازش تصویر

برای تشخیص خطی که ربات میبایست دنبال کند از پردازش تصویر لب ویو استفاده گردید.انجام پرداش تصویر در لب ویو نیازمند نصب افزونه NI.Vision.Acquisition.Software است تا بتوان به وسیلهی آن در مرحله اول تصویر را از سنسور دریافت کرد و در مرحله بعد پردازش لازم را برای استخراج اطلاعات در آن صورت داد از جمله تنظیماتی که بر روی تصویر صورت میگیرد عبارتند از ابعاد تصویر، فریم تصویر، روشنی تصویر، کیفیت تصویر و ... مهمترین قسمت پردازش تصویر در لب ویو قسمت NI.Vision.Development است.

- Bajestani and Vosoughinia 2010 - این قسمت دارای یکسری توابع برای پردازش تصویر است .از جمله این توابع میتوان به تشخیص رنگ، تشخیص مساحت، فیلترهای مختلف ریاضیاتی، تشخیص زاویه ،تشخیص موقعیت و... اشاره کرد. همانطور که گفته شد در مرحله اول میبایست تصویر دریافت گردد، از مجموعه توابع زیر که مربوط دریافت تصویر میباشند با ساختار زیر میتوان برای دریافت تصویر از وبکم استفاده کرد.شکل 2 نمایی از کد گرافیکی پردازش تصویر برای دریافت تصویر در قسمت بلوک دیاگرام لب ویو نمایش داده شده است.

شکل :2 نمایی از توابع پردازش تصویر در لب ویو

تابع IMAQ Create برای اختصاص یک فضای مموری یا حافظه برای تصویر دریافتی استفاده شده است و دو تابع IMAQ Open Camera.vi و IMAQ Configure Grab.vi نیز برای تعیین نوع تصویر یعنی اینکه عکس یا ویدیو باشد و ایجاد یک ارتباط بین وبکم و لب ویو استفاده شده است. و تابع آخر به نام IMAQdx Grab نیز فرمت تصویر را به فرمتی که قابل پردازش باشد تبدیل میکند.در این مرحله میبایست به این تابع آدرس پورتی که به وبکم به myRIO متصل است داده شود. - Posada-Gómez et al. 2011 - .

پس از این مرحله وارد مرحله پردازش تصویر میشویم.تصویر دریافتی ما یک خط مشکی رنگ در پیش زمینهی سفید است .از وجه تمایز رنگها میتوان خط تشخیص داده شود. از تابع IMAQ Color Threshold برای تشخیص رنگ استفاده شده است در این تابع میتوان با تعیین میزان رنگ قرمز، آبی و سبز، رنگ دلخواه با مشخص کردن عددی بین 0 تا 255 درتصویر تشخیص داده شود. رنگ مشکی ترکیبی از سه رنگ با مقدار بالا است .

در متن اصلی مقاله به هم ریختگی وجود ندارد. برای مطالعه بیشتر مقاله آن را خریداری کنید