فروشنده فایل
پیش گفتار :
در این پژوهش به ارائه روش کنترل مود لغزشی هوشمند برای نمونه ای از یک ربات ماهی به روش سخت افزار در حلقه پرداخته می شود. برای این منظور، ابتدا مدل غیر خطی برای نمونه ربات ماهی معرفی میگردد. برای تحلیل حرکات ماهی، از تئوری جسم کشیده که توسط لایت هیل پیشنهاد شده است، استفاده شده است . تئوری لایت هیل برگرفته شده از تئوری آیرودینامیک جسم باریک است که به شناگرهای کارانجیفوم قابل اعمال است. با ساده سازی معادلات پیشنهادی لایت هیل برای سیستم ربات برای حرکت در صفحه، تعداد ورودی های کنترلی از تعداد درجات آزادی حرکت در صفحه کمتر میباشد که منجر به تحریک ناقص ربات میشود. به علت عدم امکان مدل سازی تحلیلی و دقیق اثرات هیدرودینامیکی وارد بر ربات و کوپله بودن این اثرات با اثرات دینامیکی، مدل دینامیکی سیستم ارائه شده برای ربات ماهی علاوه بر تحریک ناقص بودن، دارای عدم قطعیتهای پارامتریک و ساختاری می باشد. تا به حال، کار اصلی محققان بر روی تحلیل های پیچیده هیدرودینامیکی مکانیزم رانش شبیه ماهی که غیر قابل استفاده برای مصارف کنترلی هستند ، مواد سازنده باله ها، ساختار مکانیکی و عملکرد با کنترل از راه دور متمرکز بوده است.
کارهای اندکی روی طراحی کنترل هوشمند برای روبوماهی که بتواند شنا کند و در محیط های با دینامیک پویا و ناشناخته جهت یابی کند، انجام شده است. این شاید بعلت دشواری روش های کنترل مورد نیاز برای کنترل مدلهای هیدرودینامیکی ارائه شده برای ربات باشد. در ادامه، برای مدل تحریک ناقص ربات، کنترلر سینماتیکی برای ردیابی مسیرهای دلخواه طراحی میشود و در نهایت برای معادلات دینامیکی سیستم، کنترل مود لغزشی هوشمند با قابلیت تطبیق به تغییرات یا عدم قطعیتهای پارامتریک معرفی و اعمال می گردد. در این راستا، نمونه ای از دم ماهی با قابلیت بال زدن در آب ساخته شده و توسط مکانیزم استند تست مناسب نیروهای رانش حاصل از بال زدن دم بدست آمده و به مدل ربات در محیط نرم افزار مطلب اعمال شده و به همراه کنترلر سینماتیکی و دینامیکی طراحی شده از این نیروهای برای بدست آوردن مدل رانش دم ربات با قابلیت تطبیق و تعمیم استفاده شده است. شبیه سازی های کامپیوتری انجام شده به همراه نتایج تجربی بدست آمده نشان میدهد که هوشمند نمودن روش کنترلی مود لغزشی و مدل رانش ربات دو مزیت عمده دارد. اولین مزیت آن چند منظوره شدن ربات و قابلیت کارکرد آن در محیط های مختلف است زیرا سیستم در مقابل تغییرات پارامترهای دینامیکی مقاوم میگردد. مزیت دیگر، عدم نیاز به آزمایشات پر هزینه و زمانبر برای الگوریتمهای شناسایی سیستم و کاهش عملیات مربوط به تنظیم نهایی سیستم کنترلی می باشد.
مقدمه:
اصل گزینش طبیعی این اطمینان را می دهد که سیستم های مکانیکی که در ماهیها بکار گرفته شده اند، هرچند لزوماً بهینه ترین نیستند، اما اگر ملاحظات مربوط به محل سکونت و شیوه ی زندگی هر دسته از ماهیها در نظر گرفته شود بسیار کارا هستند. ماهی تون با سرعت بسیار بالا شنا می کند، اردک ماهی در چشم بر هم زدن شتاب می گیرد و مارماهی می تواند ماهرانه به داخل سوراخ های کوچک شنا کند. تواناییهای غالباً قابل توجه آنها می تواند الهام بخش طراحی های خلاقانه ای باشد که بتواند عملکرد سیستم های ساخت بشر را در محیط های آبی بهبود بخشد. یک نمونه کاربردی که می تواند بطور قابل توجهی فایده ببرد، ماشین های اتوماتیک زیرآبی می باشد.
این موضوع تاکنون الهام بخش بسیاری از محققان ربوتیک بوده تا مدلهای جدید سیستم های ربوتیک آبی، برای مثال ربو ماهی، را بسازند. به جای پروانه های گردان مرسوم در قایقها و یا ماشین های زیرآبی، یک ماهی ربوتیک غالباً برای ایجاد نیروی پیش برنده، بر حرکت موجی تکیه دارد.
مشاهدات روی یک ماهی واقعی نشان می دهد که این نوع پیشرانش، کم نویزتر، کاراتر و مانورپذیرتر از پیشرانش مبتنی بر پروانه گردان است. بنابراین ماهی ربوتیک می تواند در بسیاری از کاربردهای زیردریایی و نظامی مانند بررسی رفتار ماهی های اعماق آب، سیافت بستر دریاها، مین یابی، کشف محل نشتی لوله ی نفت، آموزش رباتیک و ... مورد استفاده قرار گیرد.
برای بررسی دینامیک و کنترل حرکات مختلف ربات به یک مدل هیدرودینامیکی قابل قبول نیاز هست. از دوره کردن مقالات در این زمینه، مشاهده می شود که اکثر مدلهای موجود یا بسیار پیچیده و غیر قابل استفاده برای مصارف کنترلی هستند و یا بسیار ساده بوده و از دقت مناسبی برخوردار نیستند. در این پروژه سعی در ارائه الگوریتم کنترلی ربات ماهی برای ردیابی مسیرهای دلخواه با انحنای محدود میباشد. در ابتدا با استفاده از مدل موجود برای شنای دسته ماهیهای کارانجیفورم به ارائه مدل هیدرودینامیکی از حرکات دم پرداخته میشود و در نهایت با استفاده از مدل هیدرودینامیکی به دست آمده برای حرکات دم، به ارائه الگوریتم کنترلی ربات برای انجام حرکات مختلف در زیر آب پرداخته میشود. سپس با استفاده از روش سخت افزار در حلقه 1 و ساخت استند مناسب برای انجام آزمایشات تجربی، نسبت به پیاده سازی الگوریتم کنترلی بصورت زمان واقعی اقدام خواهد گردید.
فهرست - صفحه
پیش گفتار 1
مقدمه 2
فصل اول :
خلاصه ای بر مکانیزم های مورد استفاده ماهی در شنا 4
رانش BCF 6
یادگیری از ماهی در طراحی و ساخت ربات 9
نیروهایی که بر روی ماهی در حال شنا اثر می کند 13
طراحی الگوی شنا برای ربات ماهی 18
مکانیزم ها و روشهای کنترلی برای روبوماهی 20
سینماتیکو دینامیک ربات ماهی بدون در نظر گرفتن دینامیک مکانیزم 24
دینامیک مکانیزم پیشرانش ربات ماهی 26
تئوری جسم کشیده 27
شبیه سازی حرکت 31
طراحی ساختار ربات 31
شبیه سازی دینامیکی حرکت ربات 34
طراحی کنترلر سینماتیکی 37
حرکت روی مسیرهای دایروی 38
حرکت روی مجموعهای از نقاط و تعقیب مسیرهای دلخواه 41
تعقیب اجسام متحرک و ثابت نگه داشتن فاصله نسبی 42
حفظ فاصله نسبت به هدف متحرک 45
طراحی کنترلر دینامیکی مود لغزشی هوشمند 47
شبیه سازی تعقیب اجسام متحرک 48
تعقیب جسم متحرک، با حرکت هدف روی مسیر سینوسی 48
فصل دوم:
ربات زیرآبی 54
کاربردهای ربات‌های زیرآبی 55
کاوش در اعماق دریاها با سفره ماهی رباتیک محقق ایرانی 63
روبات ماهی های هوشمند درخدمت یافتن آلودگیها 64
ربات ماهی شبیه ساز شنای ماهی طبیعی 66
فصل سوم :
طراحی و ساخت ربات ماهی قزل آلا با استفاده از میکروکنترلر AVR 70
مقدمه 71
وسایل رباتیکی زیر آبی 73
تاریخچه 76
طراحی ربات ماهی 78
برنامه نویسی برای کنترل ربات 79
ساخت ربات ماهی 82
فلوچارت برنامه نویسی میکرو کنترولر 84
جمع بندی و کار های آینده 86
مراجع 87
