بخشی از مقاله
طراحي و کنترل ربات مسيرياب و مين ياب به روش کنترل فازي جهت عبور سربازان از مناطق مين گذاري شده
چکيده
با توجه به خطرناک بودن پاکسازي سطوحآلوده به مين توسط انسان، استفاده از رباتها لازم و ضروري است . اين ربات جهت عبور سربازان از محيط مين گذاري شده طراحي شده است . ربات موانع موجود در مسير حرکت را به وسيله هشت سنسور فاصله ياب خود تشخيص و با استفاده از روش کنترل فازي از آن ها عبور مي کند. ربات جهت انتخاب کوتاهترين و بهترين مسير به نقطه هدف از پيش تعيين شده، از روش حرکت روي گراف کوتاه ترين مسير استفاده مي کند. ربات پس از رسيدن به نقطه هدف، مختصات تمامي مين هاي شناسايي شده را به کاربر نمايش مي دهد. براي بررسي عملکرد کنترلکننده فازي، ربات در شش محيط با موانع مختلف و مين هاي متعدد مورد آزمون قرارگرفته است و در تمامي محيط هاي شبيه سازيشده، به خوبي از موانع عبور و مين هاي موجود در مسير حرکت را شناسايي مي کند.
کلمات کليدي: ربات مين ياب، کنترل فازي، گراف کوتاهترين مسير
١. مقدمه
در اين پژوهش به شبيه سازي رهيابي ربات مين ياب در نرمافزار وبتز١ پرداخته شده است . کاربرد اصلي اين ربات، عبور سربازان از يک محيط مين گذاري شده در هنگام جنگ است . ربات داراي بدنه دو چرخ، هشت سنسور فاصله ياب و يک سنسور نوري جهت تشخيص مين است . ربات جهت نشان دادن مسير حرکت ايمن ، از رنگ مشکي و در مواجهه با مين ، از رنگ قرمز استفاده مي کند. محيط حرکت ربات داراي موانع متعدد است . سنسورهاي فاصله ياب براي تشخيص موانع استفادهشدهاند و يک سنسور جهت تشخيص مين به کاررفته است . محيط حرکتي ربات، محيط ساختارنيافته و ساکن است . براي عبور از موانع از کنترلکننده فازي و جهت رسيدن به نقطه هدف از روش حرکت روي گراف کوتاهترين مسير استفاده شده است .
٢. پژوهش هاي پيشين
تاکنون روشهاي مختلفي جهت حرکت به سـمت ه دـف و عبـور از موانع ارائه شده اسـت . يکـي از روشهاي معمـول اسـتفاده از روش ميدان پتانسيل است (١٩٨٦,Khatib O) . اساس اين روش، اعمال ميدان پتانسيل برـ روي محيط به گونه اي است که ربات به سمت هدف جذبشده و از موانع دفع گردد. اما اين روش داراي مـشکل مينيمم محلي است . پراتيهار١ از روش ژنتيک- فازي جهت مسيريابي استفاده کرد که در آن محيط به صورت ديناميک و هدف ثابـت در نظـر گرفته شده بود(١٩٩٩,Pratihar DK) جو و دنگ ٢ روش ترکيبي جديدي را بر مبناي روش عصبي - فـازي ارائـه کردنـد (٢٠٠٥,Joo M) روشهاي ديگري نيز براي رهيابي ربات درون محيط ديناميک و يا درون ساختمان ارائه شده است . مانند منطق فازي و يادگيري تکاملي (٢٠٠٠,Lee M-S) رهيابي فازي درون ساختمان Maaref) (٢٠٠٠,H. رهيابي ربات درون محيط ساختاريافته با استفاده از کنترل شبکه عصبي (١٩٩٦,Gomez ortega.j)
٣. طراحي ربات مين ياب
ربات مين ياب در محيط نرمافزار وبتز طراحي شده است که شامل بدنه ، ٨ سنسور فاصله ياب و دو چرخ در سمت چپ و راست مي باشد. ترتيب سنسورهاي ربات نيز در شکل١ مشخص شده است .
٤. کنترلر ربات
براي حرکت ربات از کنترلکننده فازي استفادهشده است . وروديهاي کنترلکننده مقدارهاي ٦ سنسور فاصله ياب جلو مي باشند. محدوده مقدار اندازهگيري شده ٦ سنسور فاصله ياب، صفر تا ١٠٠٠ است . اگر مقدار ١٠٠٠ باشد، مانع به ربات بسيار نزديک است و اگر مقدار صفر باشد، مانع در فاصله دور نسبت به ربات قرار دارد. خروجي هاي اين کنترلکننده سرعت چرخ سمت چپ و راست است (٢ خروجي ). ربات با توجه به مقدار سنسورها، طبق قاعدههاي فازي تعريف شده، سرعت چرخ هاي چپ و راست خود را تنظيم مي کند. متغير فازي سنسور فاصله ياب داراي ٥ تابع عضويت خيلي دور١، دور٣، متوسط ٤، نزديک ٥ و خيلي نزديک ٦ است . توابع عضويت به صورت تابع زنگوله اي هستند. شکل ٢ توابع عضويت سنسور را نشان مي دهد. محدوده اين متغير صفر تا ١٠٠٠ است .
خروجي هاي کنترلکننده فازي سرعت چرخ چپ و راست ربات است . خروجي اول مربوط به سرعت چرخ سمت راست و خروجي ديگر مربوط به سرعت چرخ سمت چپ است . متغير سرعت داراي ٥ تابع عضويت خيلي سريع ، سريع ، متوسط ، کند و خيلي کند است . محدوده سرعت صفر تا ٣٥ کيلومتر بر ساعت است . تابع هاي عضويت متغير سرعت در شکل ٣ نمايش داده شده اند.
٤-١ قواعد فازي
کنترلکننده فازي با توجه به مقدارهاي ورودي طبق قواعد فازي، خروجي هاي کنترل کننده را تعيين مي کند. در جدول ١ تعدادي از قواعد فازي مربوط به حرکت ربات ذکرشدهاند. براي مثال طبق قاعده دو، اگر سنسورهاي يک، دو و سه در حالت "خيلي دور" قرار گيرند و سنسور چهار در حالت "متوسط " و سنسور پنج و شش در حالت نزديک باشند، آنگاه سرعت چرخ سمت راست و چرخ سمت چپ "خيلي سريع " خواهد بود. طبق اين قاعده ربات با تمام سرعت به سمت جلو حرکت مي کند. در ساختار فازي به کاررفته در شبيه سازي حرکت ربات عملگر منطقي اجتماع بيشينه ، عملگر منطقي اشتراک کمينه ، روش استنتاج ممداني و روش غيرفازيسازي محاسبه مرکز جرم استفاده شده است .
٤-٢ حرکت روي گراف کوتاهترين مسير
