بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله، با استفاده از مشخصات یک نوع ربات زیر سطحی با نام 1REMUS ساخته شده در موسسهی وودز هول2 مربوط به اقیانوس شناسی در آمریکا در ابتدا به بررسی طراحی مسیر این رونده زیرآبی روش 3LOS و زاویه انحراف آن انجام شده است. عبور از موانع با استفاده از روش پتانسیل با استفاده از توابع وزن در منطق فازی انجام میشود. جهت حرکت وسیله نقلیه در مسیر امن تولید شده، همواره به کنترل کنندههای مناسب نیاز است. شبیهسازی در حضور 3 مانع صورت میگیرد.
-1مقدمه
رباتهای متحرک نسبت به نوع ثابت آن دارای مزایایی چون فضای کاری وسیعتر، متحرک بودن و قدرت مانور بالاتر بوده و لذا موارد کاربرد فراوانی دارند. همچنین از رباتهای متحرک در جابحایی اجسام در محیطهای بزرگ و کاربردهای خاصی نظیر حمل مواد خطرناک در صنایع نظامی و هستهای استفاده میشود2]،.[1 چنانچه در طی دهههای گذشته توجه به رباتهای خودگردان4 افزایش یافته است و مقالات و روشهای متنوعی در زمینه طراحی مسیر و کنترل آنها ارائه شده است.
در سال 1998 آقای لاوالی به روش درخت جستجوی تصادفی به طراحی مسیر پرداختند. او مفهوم یک درخت جستجوی سریع تصادفی به عنوان یک ساختار داده تصادفی که برای یک گروه گستردهای از مسائل برنامه ریزی مسیر طراحی شده را معرفی می کند.[3] در سال 2000 آقایان جی و سوی با استفاده از روش پتانسیل به طراحی مسیر یک ربات متحرک پرداختند. آنها پیشنهاد می کنند یک روش میدان پتانسیل جدید برای برنامه ریزی حرکت ربات در یک محیط پویا که در آن هدف و موانع در حال حرکت میباشند. روش میدان پتانسیل به طور گسترده ای برای طراحی مسیر ربات متحرک هوشمند به دلیل تجزیه و تحلیل ریاضی دقیق و سادگی آن استفاده می شود.
در سال 2002 آقای لین ری از اصول توابع وزنی در منطق فازی برای دستیابی به اهداف عبور از مانع استفاده شده است. در این روش برای هر یک از پارامترهای خروجی سونار - مسافت1 و سمت - 2 یک تابع وزنی لحاظ میشود. حاصلضرب این توابع وزنی تعیینکننده ضریب بهره بیشینه انحراف به منظور دور زدن مانع است
در سال 2014 چی لی خو با روش باگ تصادفی هنگامی که شناور در طول بردار مسیر حرکت میکند و یک مانع مسیر برنامهریزی شده را میبند، چند نقطه میانی به طور تصادفی تولید میشوند.الگوریتم نقطه بهینه را انتخاب خواهد کرد و بردار مسیر را توسط قرار دادن این نقطه بازسازی میکند. در نهایت، یک مسیر بدون برخورد را به وجود میآورد.
یکی از سادهترین روشها برای عبور از موانع، روش انحراف از مسیر است که بطور معمول به طراحی مسیر اولیه اضافه میشوند. این ساختار به این معناست که ربات در شرایط عادی طبق یک مسیر از پیش تعیین شده به سمت هدف حرکت خواهد کرد و با شناسایی مانع در جلوی ربات، فرمان تغییر مسیر توسط الگوریتم هدایت اجرا میگردد. در این مقاله با استفاده از روش پتانسیل فیراس3 و توابع وزن در منطق فازی طراحی مسیر با توجه به موانع متحرک با در نظر گرفتن قیود غیرهولونومیک ارائه میگردد.
-3طراحی مسیر ربات
هدایت LOS یکی از پرکاربردترین روشهای هدایتی برای طراحی ماموریتهای تعقیب مسیر4 بوده که امروزه در حوزه 5AUV ها کاربرد وسیعی دارد. در اکثر موارد برای بکاگیری روش LOS، بین نقطه شروع و پایان چندین نقطه به عنوان نقاط مرجع6 تعریف میشود و هدف عبور دادن وسیله از این نقاط هدف میانی برای رسیدن به هدف پایانی است. بنابراین زاویه مسیر با توجه به خط مستقیم بین دو نقطه مرجع متوالی همواره در حال تغییر است. با فرض همگرا شدن وسیله به خطوط متصلکننده نقاط مرجع و +1 در مسیر، خطای تعقیب طولی7 - در راستای محور - x یا و خطای تعقیب جانبی8 - در راستای محور - y یا ، مطابق شکل - 1 - ، از رابطه - 1 - قابل محاسبه هستند.[7]
که در آن x جابجایی ربات در جهت شمال، جابجایی مطلوب در جهت شمال نقطه مرجع یا هدف در لحظه k، y جابجایی ربات در جهت شرق، جابجایی مطلوب در جهت شرق نقطه مرجع یا هدف در لحظه k، به عنوان زاویه مماسی مسیر در صفحه افقی بین نقاط مرجع k و k+1 از رابطه - 2 - و - - ماتریس انتقال از دستگاه مختصات اینرسی به دستگاه ثابت مسیر از رابطه - 3 - محاسبه میشوند.
شکل - - 1 خطای طولی ، خطای جانبی ، زاویه مماسی مسیر[8]
هدف هدایت LOS ساده، منظور از زاویه خط دید - محاسبه میشود:
قرار دادن سمت وسیله روی خط واصل مستقیم1 بین موقعیت فعلی وسیله و موقعیت هدف میباشد. به همین - بین وسیله و هدف برای تولید فرامین زاویه سمت استفاده میکند. فرمان سمت در این روش از رابطه - 4 -
که در آن ، ، و به ترتیب جابجایی ربات در جهت شمال، جابجایی هدف در جهت شمال، جابجایی ربات در جهت شرق و جابجایی هدف در جهت شرق میباشند. به منظور بهینه سازی زاویه موردنیاز برای دور زدن مانع، از دستاورد توابع وزنی منطبق بر منطق فازی نیز بهره گرفته شده است. برای این منظور ضریب حاصل از توابع وزنی برد و زاویه به عنوان فاکتور بهره در زاویه تولیدی از روش تابع پتانسیل ضرب خواهد شد.
یکی از روشهای بسیار مورد توجه در عبور از موانع، دستاورد میدان پتانسیل مجازی2 است. این روش برای نخستین بار توسط - Khatib, 1986 - ارائه شد که ساختار کلی آن بر مفهوم میدان پتانسیل استوار است.
