طراحی ، تحلیل و ساخت یک ربات کروی بستر پویا و کنترل و مسیریابی بر اساس پردازش تصویر

دراین پروژه در ابتدا یک ساختار حرکتی جدید برای یک ربات بستر پویای کروی ارائه خواهد شد. ساختار مذکور براساس بررسی معایب و مزایای تعدادی از پرکاربردترین ساختار های حرکتی که به مرحله عملیاتی شدن رسیده اند، طراحی شده است. در طرح مذکور از یک پوسته کروی به عوان بدنه ربات استفاده شده است. ساختار حرکتی ربات، ترکیبی از دو ساختار پاندولی و حرکت براساس چرخ می باشد. در ساختار حرکتی مذکور از دو صفحه دایره ای شکل برای نصب لوازم به کار رفته برای حرکت و کنترل ربات استفاده شده است. در صفحه دایره ای شکل اول که در میانه پوسته کروی ربات قرار دارد، قطعاتی همچون برد کنترلی، درایور موتورها، برد بلوتوث و یک إنکودر موتورDC قرار گرفته اند. صفحه مذکور توسط یک میله به میانه پوسته کروی متصل شده است و حرکت آن تنها در راستای چرخش میله می باشد. بر روی صفحه دایره ای شکل دوم به کار رفته در ساختار حرکتی ربات مذکور که اندازه آن کوچکتر از صفحه میانی می باشد دو إنکودر موتورDC نصب شده است. از دیگر إلمان های اصلی نصب شده بر روی این بخش از ساختار حرکتی ربات، باتری می باشد. قطعات قرار داده شده بر روی صفحه دایره ای شکل دوم جایگزین وزنه مرسومی است که در ساختار پاندولی استفاده می شود. قرار گرفتن ارتباط صفحه دایره ای شکل اول و دوم ربات مد نظرتوسط یک صفحه مستطیل شکل صورت می گیرد. این صفحه مستطیل شکل از یک سو به إنکودر موتور DC نصب شده بر روی صفحه دایره ای شکل اول متصل می باشد و از سوی دیگر بر روی صفحه دوم پیچ شده است. قرار گرفتن دو إنکودر موتور DC و باتری بر روی صفحه دایره ای شکل دوم که در قسمت پایینی ساختار حرکتی ربات قرار دارد باعث بالا رفتن تعادل و کنترل پذیری ربات مخصوصا در هنگام شروع و توقف حرکت شده است. مزیت دیگر ساختار طراحی شده، بالا رفتن قدرت فرمان پذیری ربات می باشد. در مرحله بعد براساس ساختار طراحی شده برای حرکت ربات بسترپویای کروی طراحی شده در این پروژه، مدل سینماتیکی و دینامیکی ارائه شده است.
برای کنترل ربات مذکور ابتدا یک مدل کنترلی بر اساس مدل دینامیکی و سینماتیک و ویژگی های ساختاری ربات ارائه شده است. در مرحله بعد بر اساس روش مکان صفر و قطب ابتدا یک کنترل تناسبی و مشتق گیر و سپس یک کنترل تناسبی انتگرال گیر مشتق گیر ارائه شده است. برای بهینه سازی متغیر های کنترلی بکار رفته در کنترلرهای طراحی شده از سه الگوریتم بهینه سازی، ژنتیک، ازدحام ذرات و بهره برده شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی کنترلر های بهینه شده نشان می دهد که کنترلر تناسبی انتگرال گیر مشتق گیر بهینه شده توسط الگوریتم بهینه شده توسط الگوریتم تکامل تفاضلی بهترین عملکرد را برای کنترل ربات بستر پویای کروی طراحی شده در این پروژه را دارد.
در بخش بعد برای کنترل مسیر ربات مذکور از روش کنترل بر اساس بینایی استفاده گردیده است. در این روش از یک دوربین PS3 استفاده گردیده که بر محیط حرکت ربات احاطه کامل دارد. این دوربین به وسیله یک کابل به یک رایانه متصل می باشد ودر هر لحظه موقعیت ربات را با مسیر مورد نظر در نرم افزار متلب مقایسه می کند و در صورت عدم تطابق مسیر حرکت ربات و مسیر از قبل تعریف شده به وسیله بلوتوث یک فرمان برای اصلاح مسیر به ربات فرستاده می شود. این عملیات به صورت زمان حقیقی صورت می گیرد. برای مسیر یابی ربات از روش میدان پتانسیل بهره برده شده است که نتایج مطلوبی را در تست های عملی برای مسیر یابی ربات ارائه شده داده است.
منبع پایان نامه

کلمات کلیدی:

1. An experimental study on the PID and Fuzzy-PID controllers on a designed two-wheeled self-balancing autonomous robot
2. Controller tuning based on optimization algorithms of a novel spherical rolling robot
3. Design of an adaptive sliding mode controller for a novel spherical rolling robot
4. Design, analysis and construction of a novel flexible rover robot
5. On the control of planar cable-driven parallel robot via classic controllers and tuning with intelligent algorithms
6. Control of a four-mecanum wheeled robot with a soft-robotic glove
7. An experimental study on vision based controlling of a spherical rolling robot
8. Vision based control and simulation of a spherical rolling robot based on ROS and Gazebo
9. Simulation, control and construction of a four Mecanum-wheeled robot
10. An Experimental Study on Controlling and Obstacle Avoidance of a Four Mecanum Wheeled Robot
11. Path planning of cable driven parallel robots in the presence of dynamic obstacles via potential field using computed torque control method
12. Generating Synthetic Medical Images by Using GAN to Improve CNN Performance in Skin Cancer Classification
13. Faster R-CNN-based Decision Making in a Novel Adaptive Dual-Mode Robotic Anchoring System
14. A multi-robot platform for the autonomous operation and maintenance of offshore wind farms
15. Design, Development and Control of a Three Flexible-Fingers Gripper Based On Hand Gesture