چكيده است. كليد واژه:

25 مجله علمي - پژوهشي مهندسي مكانيك مجلسي / سال چهارم / شماره اول / پاي يز 1389 هدايت و كنترل يك ربات زيرآبي به روش كنترل فازي 2 1 مهدي قنواتي افشين قنبرزاده hanavatimehdi@yahoo.com دريافت مقاله: 89/04/20 پذيرش مقاله: 89/06/30 چكيده در اين طرح هدايت و كنترل يك ربات زير آبي شامل سه موتور و پروانه هاي متصل به آن به كمك كنترل فازي بررسي شده است. كنترل فازي بر اساس تجربيات انساني و قوانين مورد نياز انجام ميگيرد. ربات همچنين قابل كنترل و هدايت توسط كاربر نيز ميباشد. از اين ربات ميتوان در محيط دريا يا استخر براي يافتن نقطه هدف و قرار گرفتن در جهت مورد نظر استفاده كرد. علاوهبر اين ربات ميتواند مسيري مشخص را نيز دنبال كند و در آن مسير به جستجو بپردازد. اين ربات قادر است انواع موانع در سطح يا در عمق را پشت سر بگذارد و به سمت هدف حركت كند و عبور از موانع را با استفاده از قوانين فازي انجام ميدهد بدين معني كه در برخورد با هر نوع مانعي ربات زيرآبي تصميم لازم را براي عدم برخورد با آن در نظر گرفته و از آن عبور ميكند. براي شبيهسازي سيستم مورد نياز از نرمافزارهاي webots كه يك نرمافزار قوي در شبيهسازي رباتهاي متحرك ميباشد و نرم افزار رياضي maple استفاده شده است. كليد واژه: ربات زيرآبي خودمختار - اجتناب از موانع - كنترل فازي 1- كارشناسي ارشد دانشكده مهندسي مكانيك دانشگاه آزاد اسلامي واحد ماهشهر 2- استاديار دانشكده مهندسي مكانيك دانشگاه شهيد چمران اهواز hanbarzadeh.a@scu.ac.ir

هدايت و كنترل يك ربات زيرآبي به روش كنترل فازي 26 1 -مقدمه در اين طرح به بررسي سيستم هدايت و كنترل يك ربات زيرآبي پرداخته ميشود كه در محيط سهبعدي دريا يا استخر قرار گرفته است و با اجتناب از موانع به سمت هدف پيش ميرود. رباتهاي زيرآبي از مهمترين رباته يا ميباشند كه در بسياري از امور دريايي كاربرد دارند خصوصا در اكتشافات امداد و تحقيق لذا با توجه به اين موضوع همواره اين رباتها در تكامل هستند. اولين رباتهاي زيرآبي 1 خودمختار در سال 1970 در دانشگاه MIT در آمريكا توسعه يافتند و هم اينك نيز در اين دانشگاه رباتهاي زيرآبي موفقي ساخته ميشود [1]. بعد از آن شوروي سابق براي اهداف نظامي اين رباتها را مورد استفاده قرار داد كه آنها را ربات زير دريايي ناميدند. امروز رباتهاي زيرآبي براي عمقه يا مختلف ساخته ميشوند و تا عمقهاي ده هزار متر هم پيش ميروند [2]. ناوبري اين رباتها بوسيله سيستم موقعيت ياب جهاني (GPS) قطب نما و ژيروسكوپ صورت ميگيرد [3]. از چالشهاي اصلي در طراحي آنها توان يا انرژي مورد نياز مساله هدايت و اجتناب از 2 موانع است. درباره كنترل و مانورپذيري يك ربات زيرآبي به روشهاي فازي مقالاتي وجود دارد [4]. با توجه به توسعه صنعت دريانوردي در ايران و وجود منابع نفتي و ترافيك بالا در خليج فارس نياز به رباتهاي زيرآبي بسيار محسوس است. لذا انجام كارهاي تحقيقاتي در اين زمينه ميتواند راهگشاي ساخت چنين رباتهايي شود. در همين راستا در اين طرح سعي بر آن شده كه همه مراحل كنترل و شبيهسازي يك ربات زيرآبي انجام شود. در اين پروژه فرض برآن بوده كه تمامي قطعات با توجه به بار اندكي كه تحمل ميكنند دچار هيچگونه شكستي نميشوند. بعد از مدلسازي ديناميكي و كنترل استراتژيهاي مختلف براي رسيدن به اهداف از پيش معلوم و عبور از موانعي كه ممكن است در سر راه ربات باشد بحث اين پروژه است. 2- طرح مساله 1-2 -تعريف ربات زير آبي يك وسيله نقليه زيردريايي قابل كنترل از راه دور يا خودمختار است. ربات زيرآبي به اپراتور اين امكان را ميدهد كه اين وسيله را در اعماق آب كنترل و هدايت كند و از طريق اعمال فرامين عمليات مورد نظر را از طريق تجهيزات ربات انجام دهد در حالت خودمختاري ربات خود به درك محيطش ميپردازد و به صورت مستقل از انسان در آب حركت كند كه هر دو اختصارا ربات زيرآبي خوانده ميشود [5]. - 2-2 تعريف مساله در اين طرح يك ربات زيرآبي با توجه به امكانات و كارهايي كه از آن خواسته شده است طراحي و شبيهسازي اوليه ميشود سپس معادلات ديناميكي حركت آن استخراج شده و با توجه به اين معادلات سيستم كنترلي تعريف ميگردد. با توجه به توانايي اين سيستم كنترلي طرح اصلاح شده و شبيهسازي نهايي انجام ميگيرد و در محيط نرمافزار نتايج بررسي ميشوند. در نهايت مدل اصلي ربات و محيط حركت آن شبيهسازي شده و ربات در آن به حركت واداشته ميشود. دو نوع هدف مطرح و فرضيات زير ناظر بر حركت رباتند: 4 خواسته شده قرار ٣ برود و رو به جهت 1 -ربات به نقطه مطلوب گيرد. در اين روش ربات خود هر مسيري را ميتواند براي رسيدن به هدف انتخاب كند اما مسير بايد يكي از كوتاهترين مسيرها باشد و در عين حال كمترين زمان را داشته باشد و ربات به مانعي نيز اصابت نكند. 2- ربات يك مسير مطلوب كه مدنظر است را طي كند شروع و پايان اين مسير مشخص است. فرضا ربات بايد در امتداد خطي در كنار يك كشتي غرق شده حركت كند يا دور آن بچرخد و به وسيله تجهيزاتي كه روي آن نصب است مانند دوربين فيلمبرداري كاوش كند. رباتي كه در اين پروژه طراحي و سيستم كنترل آن تعريف ميشود را با نام Uwater خواهيم شناخت كه هم به صورت خودمختار و هم در صورت نياز به صورت دستي و به وسيله كاربر هدايت ميشود. همچنين اين ربات بدون كابل است يعني انرژي لازم را از باطري همراه خودش بدست ميآورد. 3-2- بيان طرح ربات با سه موتور محرك براي حركت و كنترل در نظرگرفته شده كه دو موتور در طرفين براي حركت به جلو عقب و چرخش و يك موتور در زير براي حركت در عمق است. لذا سه درجه آزادي فعال شامل,x y و يك درجه چرخش ربات با متغير θ حول محور عمود بر سطح( y) وجود دارد و سه درجه آزادي يگر ربات غيرفعال است. براي كنترل حركت ربات بايد 3 درجه آزادي فعال كه به موتور مجهزند طوري كنترل شوند كه سه درجه آزادي غيرفعال حركتي ٣ Goal position - Goal orientation -۴ Autonomus underwater vichel -١ Obstacle avoidance -٢

27 مجله علمي - پژوهشي مهندسي مكانيك مجلسي / سال چهارم / شماره اول / پاي يز 1389 3- مدل كردن ربات زيرآبي Uwater مدل كردن ربات زيرآبي از نگاه كلي بهوسيله رايانه بدين صورت انجام گرفت: بهوسيله نرمافزار webots كه نرمافزاري مناسب براي شبيهسازي انواع رباتهاي متحرك است و بيش از هفتصد دانشگاه جهان از آن استفاده ميكنند [7] نخست محيط آب با ويژگي نيروي ارشميدس و نيروهاي درگ برنامهنويسي شد. اجزا و موانع لازم هم در قسمت گرافيگي قرار داده شد. سپس قطعات ربات شامل بدنه و موتورهاي الكتريكي و خصوصيات آنها و بالهاي ربات و نهايتا پروانهها مدل شد. تا اينجا ربات زيرآبي بهصورت ساكن روي آب شناور ماند و منتظر فرمان شد تا حركت كند. بهوسيله تعيين زاويهي خط واصل بين نقطه هدف تا مركز ربات سوي هدف مشخص شد و دستور حركت در برنامه صادر شد. نهايتا وقتي ربات توانست حركت كند بايد معادلات ديفرانسيل حركت آن در دو جهت x محلي و y مطلق و چرخش كلي ربات مشخص شود تا بتوان نداشته باشند يا حركت ناچيز داشته باشند. در شكل (1) طرح و اندازههاي ربات نشان داده شده است. شكل( 1 ): طرح ربات uwater دستگاه مختصات محلي مطابق شكل (2) در مركز ربات قرار داده شده است.. شكل (2): دستگاههاي مختصات محلي و جهاني و سه متغير فعال وزن ربات مقداري كمتر از نيروي ارشيمدس در حالت غوطهوري كامل در نظر گرفته شده است كه اگر در هر شرايطي كليه موتورها خاموش شدند ربات به وسيله نيروي ارشميدس به سطح آب آورده شود [6]. با اين ايده ربات Uwater براي پايين رفتن نياز به چرخش پروانه پاييني دارد تا بر نيروي ارشميدس غلبه كند. اگر چه اختلاف بين وزن ربات و نيروي ارشميدس كل بسيار اندك است و موتور وسط نياز به گشتاور زيادي براي پايين رفتن ندارد. اصولا در هر دو جهت عمق و جلو ربات نزديك به حالت تعادل قرار دارد تا با كمترين نيرو به حركت واداشته شود. نيروي لازم براي حركت و رسيدن به سرعت مطلوب و نهايتا نيروي لازم براي توقف را برآورد كند. پس از اتمام اين مرحله از كار نوبت به عبور از موانع ميرسد. سنسورهاي لازم مانند فاصله ياب Gps و مادون قرمز به ربات اضافه شد و برنامهنويسي عبور از موانع توسط اطلاعات گرفته شده از محيط به وسيله سنسورها تكميل ميشود و ربات راه خود را براي رسيدن به هدف پيدا ميكند. در اينجا كار مدل كردن و شبيهسازي ربات به انجام ميرسد. ربات زيرآبي مورد بررسي در اين طرح جسمي آزاد در فضاي آبي است است كه موتورهاي آن به گونهاي چيده شدهاند كه فقط در سه جهت حركت عمده دارد كه شامل حركت به سمت جلو با متغير x حركت دوراني حول محور عمودي گذرنده از مركز آن (محور y) با متغير θ و حركت در جهت عمق با متغير y است. لازم به توضيح است كه ربات چون يك جسم صلب است در فضا شش درجه آزادي دارد. ولي دوران حول محورهاي افقي اتفاق نميافتد مگر آنكه برخوردي صورت گيرد كه آن هم جز فرضيات نيست. الف)حركت دوراني ربات: قانون نيوتن را براي دوران حول محور y نوشته و برآيند گشتاورها بدست آورده ميشود. ميتوان گفت محور y محلي و محور Y جهاني هميشه موازي و همراستا هستند و ربات فقط داراي دوران نسبت به اين محورها ميباشد. دوران θ حول محور y است كه در جهت پادساعتگرد مثبت است. به منظور محاسبه گشتاور وارد بر ربات حول محور y نخست بايد نيروي جلوبرندگي پرهها را محاسبه نمود. براي اينكه رابطه ثابتي بين گشتاور و سرعت زاويه اي برقرار باشد گشتاور را به وسيله برنامه كنترلي طوري تنظيم ميكنيم كه همواره سرعت زاويهاي به ربات

هدايت و كنترل يك ربات زيرآبي به روش كنترل فازي 28 بدهدكه ثابت باشد. نيروي جلوبرندگي بر مركز پروانه وارد ميشود. پس از محاسبه تمامي گشتاورها و قرار دادن آنها در قانون نيوتن معادله ديفرانسيلي برحسب θ بدست آمد كه تغييرات آن با زمان تقريبا بهصورت خطي و صعودي است. اين ربات بايد قادر باشد در زاويه مورد نظر بايستد فرضا در 90 درجه لذا پس از طي دوراني به منظور ترمز گرفتن پروانههاي ربات شروع به چرخيدن به صورت عكس جهت اوليه ميكنند و پس از توقف كامل موتور خاموش ميشود. مساله تازه اين است كه ربات در كجا شروع به ترمز گرفتن كند تا در جهت مطلوب متوقف شود (جهتي كه رو به سوي هدف است و نقطه شروع جلو رفتن است). پاسخ به اين سوال مستلزم حل معادله ديفرانسيل غيرخطي كه چنين بدست آمد: 2.565 & 2 4 2 θ + 1.682& θ + 8.412 10 ω = 0 ( 1 ) از جواب معادله (1) مشتق گرفته شد تا سرعت دوراني ربات هنگام ترمز كردن بدست آيد و ريشه اين معادله بدست آورده شد يعني جايي كه ربات سرعت دوراني آن صفر ميشود و توقف ميكند كه چنين بدست آمد: t s 1 = 6.819 tan (4.471c) ( 2) t s زمان لازم براي توقف ربات است. مشاهده ميگردد كه اين زمان وابسته به سرعت در حال دوران ربات است. از آنجايي كه ربات يك سرعت حدي دارد لذا اين زمان نيز يك حدي دارد لذا براي داشتن مقدار لحظهاي مسافت لازم براي توقف همواره و در هر لحظه برنامه ربات بايد اين معادله را حل كند. s ( t ) = θ ( t ) a θ ( 3) s b s θ b مقدار دوران هنگام ترمز گرفتن است. a مقدار دوراني است كه ربات تاكنون پيموده t s زمان لازم براي توقف و θ s براي توقف است. لذا ربات براي رسيدن به زاويه مطلوب نخست θ راديان دوران كند آنگاه به اندازه θ s به توقف كند. دوران لازم θ t s بايد ثانيه شروع ب)حركت رو به جلو: از آنجا كه ربات همواره در جهت x محلي حركت ميكند بنابراين قانون دوم نيوتن را در اين جهت نوشته و نيروهاي وارده را كه شامل جلوبرندگي موتورهاي چپ و راست و نيروي درگ مخالف حركت وارد بر بدنه است را يافته و معادله ديفرانسيل را خواهيم نوشت. مقدار نيروي جلوبرندگي كه قبلا براي يك موتور بدست آمد اكنون در دو ضرب ميشود چون دو موتور در يك جهت كار ميكنند. در اينجا نيز مانند حالت دوران معادله سرعت در حال ترمز يافته ميشود و ريشه آن را بدست آورده تا زمان لازم براي توقف بدست آيد و از اين زمان مسافت لازم براي توقف بدست آيد. ربات همواره در نقطه x x s متوقف ميشود كه براي توقف است. شروع به توقف ميكند و پس از گذشت t sx x ج)حركت در جهت عمق: درگ نيروي موتور فاصله تا نقطه هدف است و x s f yd ثانيه مسافت لازم در جهت پايين يا بالا علاوه بر نيروهاي و وزن ربات, نيروي ارشميدس f b نيز اضافه شده است. از آنجايي كه ربات در حالت خاموش به سطح آب ميآيد در نتيجه براي ايستادن و ترمز گرفتن در جهت عمق يا y ديگر نيازي نيست موتور عكس بچرخد. فقط كافيست با دور كمتري حركت كند به گونهاي كه مجموع نيروي رو به پايين موتور و وزن ربات كمتر از نيروي ارشميدس شود. معادله ديفرانسيلي كه از نوشتن قانون دوم نيوتن براي نيروها در جهت y بدست ميآيد چنين است: 2 21.92& y + 68.61y& 0.40 = 0 ( 4) براي اينكه حركت عمقي ربات متوقف شود معادله ديفرانسيل حركت همان معادله 4 است فقط مقدار سرعت زاويهاي موتور بايد تقريبا به نصف مقدار اوليه كاهش يابد و پس از رسيدن به سرعت صفر در جهت عمق به منظور پايداري توقف بايد سرعت زاويه پروانه موتور وسط به 9/73 راديان بر ثانيه برسد و اين نتايج از حل معادله ديفرانسيل هر تكه از حركت و بررسي آنها بدست ميآيد. در شكل (3) نمودار حركت عمقي ربات را تا قبل از پايداري سرعت ديده ميشود. سرعت اوليه و عدم تعادل در نيروها باعث حركت نوساني هنگام توقف ميشود. در اين حالت مجموع تمام نيروهاي ارشميدس وزن و نيروي موتور برابر صفر خواهد شد. لذا ربات چون سرعت اوليهي آن نيز از قبل صفر شده بوده است در جاي خود ميايستد. بدين ترتيب ربات يك توقف و ايست موفقيت آميز خواهد داشت. بنابراين در هر عمقي كه ربات بخواهد بايستد بايد متر قبل از هدف شروع به توقف به اندازه y s t sd ثانيه كند. اين زمان از حل معادله ديفرانسيل و مشتقگيري و بدست آوردن ريشه مشتق بدست ميآيد.

29 مجله علمي - پژوهشي مهندسي مكانيك مجلسي / سال چهارم / شماره اول / پاي يز 1389 شكل (3): حركت عمقي ربات و توقفي چند ثانيه اي ( 13. ) t sd = 4.163tan 1 03v ( 5) v سرعت در جهت عمق ربات زيرآبي است. 4- استراتژي حركت اكنون ربات قادر به حركت است. چگونه حركت كند نزديكترين مسير را طي كند يا كوتاهترين زمان را در استراتژي حركت ربات Uwater همزمان كه خود را در راستاي زاويه هدف قرار ميدهد تغيير ارتفاع نيز ميدهد. يعني ارتفاع مستقل از جهتگيري ميشود و اين باعث ميشود بخشي از مسير پيموده شود و ربات زودتر به هدف برسد اگرچه مسير ربات به صورت يك منحني ميشود كه پايينتر از خط مستقيم مرتبط بين هدف و مركز ربات قرار ميگيرد. براي اينكه ربات در زاويه هدف قرار بگيرد مختصات مكان خودش و نقطه هدف را بايد بداند. نقطه شروع را هر لحظه ربات با سيستم موقعيت ياب جهاني Gps پيدا ميكند و مختصات هدف نيز در شروع برنامه كاربر بايد به ربات بدهد. در اينجا مختصات هدف را ( x, y, z ) و مختصات مركز ربات را ) z ( x, y, فرض ميشود. r r r لذا زاويه هدف φ چنين بدست ميآيد. z 1 r φ = tan 6) x z x r φ زاويه بردار RG با محور جهاني X است بردار RG برداريست كه مركز ربات يعني نقطه R را به نقطه هدف يعني G وصل ميكند. θ ( زاويه جهتگيري ربات نسبت به محور جهاني و ثابت X است مانند شكل 4.كار برنامه ربات اين است كه اختلاف اين دو زاويه را صفر φ θ = 0 كند يعني بنابراين ربات پس از روشن شدن بلافاصله زاويههاي φ و θ را مييابد و اختلاف آنها را بدست ميآورد در صورتي كه اختلافشان مثبت شود سمت چپ ميچرخد در صورتي اختلافشان منفي باشد به سمت راست ميچرخد تا اختلاف به صفر برسد. علامت زاويهها هم مثلثاتي است يعني پادساعتگرد مثبت و ساعتگرد منفي است. البته در عمل قرار گرفتن در نقطهاي كه اختلافش صفر باشد مشكل است. بنابراين در يك حاشيهاي از صفر دستور جلو رفتن صادر ميشود. بنابراين قوس دوران را به سه منطقه q2 q1 و q0 تقسيم ميكنيم. اين روش استفاده از كنترل فازي ست. هرگاه ربات در منطقه q1 قرار گرفت ربات در جهت هدف است و شروع به حركت به سمت جلو ميكند. جدول يا پايگاه قواعد حركت ربات در صفحه مطابق جدول (1) است. در اين جدول بسته به اينكه ربات در چه فاصلهاي و در چه زاويهاي نسبت به هدف قرار گرفته است دستوري صادر ميشود. شكل (4): جهتگيري ربات در صفحه افقي در شكل (10) هر دو زاويه چون نسبت به جهت مثبت X ساعتگرد چرخيدند داراي مقدار منفي هستند. بنابراين اولين برنامه حركت چنين است: if ( φ θ > 0) rotate left if ( φ θ = 0) o ahead if ( φ θ < 0) rotate riht d فاصله افقي مركز ربات تا نقطه هدف است كه ستون سمت راست جدول (1) را شامل ميشود و به چهار ناحيه تقسيم شده است. سطر اول اين جدول مقدار β را نشان ميدهد كه β = φ θ بر حسب راديان است. اين زاويه به سه ناحيه تقسيم شده است. جدول (1): پايگاه قواعد و دستورات Rotate riht X World frame -.04<β<.04 q 0 q 2 q 1 q 2 q 0 Srotate Go Srotate riht ahea left ө x Rotate left Q 0 2<d d // // // // // Q 3 0.15<d<2 // // o // // Q 2 0.08<d<0. 15 // // Goal // // Q 1 d<0.08 G Z

هدايت و كنترل يك ربات زيرآبي به روش كنترل فازي 30 ستون جدول نيز فاصله ربات تا هدف را شامل ميشود بر حسب متر. دستورات موجود در جدول: چرخش به راست چرخش به چپ حركت به طرف جلو دستور جلو رفتن با سرعت كم (o) و چرخش با سرعت كم براي دورانهاي كوچك (Srotate) ميباشند. y تغيير ارتفاع ربات مستقل از اين جدول است و با شرطهايي روي y r y y r كنترل ميشود ارتفاع هدف و ارتفاع مركز ربات است. تمام اين دستورات و قواعدي كه گفته شد به زبان برنامه كامپيوتري كه در اين طرح زبان C است نوشته شده و اين برنامهها حركت ربات تا رسيدن به هدف را كنترل ميكنند. 5 -عبور ازموانع تحقيقاتي درباره عبور از موانع رباتهاي زيرآبي به روش كنترل فازي انجام شده است [8]. در الگوريتمهاي اجتناب از موانع خواندههاي سنسور نقش مهمي در مسير آينده ربات بازي ميكند [9]. روشي كه در عبور از مانع ربات زير آبي Uwater مورد استفاده قرار ميگيرد بدين صورت است كه ربات هر لحظه بردار RG را كه از مركز ربات به هدف متصل است به وسيله دادههاي سنسورهايش بررسي ميكند به آن اندازهاي كه برد سنسورهايش است اگر مانعي در سر راهش بود مرز آن مانع را ميپيمايد و دور ميزند تا جايي كه ديگر بر سر راه ربات يا همان بردار RG مانعي نبيند آنگاه از مانع جدا ميشود و به سمت هدف حركت ميكند. لذا اگر دو شرط برقرار بود ربات جدا ميشود اول بردار RG به مانعي برنخورد و دوم اينكه اختلاف زاويه جهتگيري ربات و جهت هدف كمتر از 45 درجه باشد يا >β 45 و چنين الگوريتمي دو مانع را چنين طي ميكند. بردار فرضي خط چين RG كه در شكل (5) نشان داده شده است در هر نقطه از مسير ربات عوض ميشود. اكنون كه استراتژي كلي عبور از مانع ربات زيرآبي مشخص شد بايد طرح سنسورها معلوم شود و از روي آن مفاهيم فازي چون چپ و راست و جلو و عقب و همچنين فرمانهاي دور زدن چپ و راست تبيين شوند. منظور از سمت چپ ربات كجاست آيا چپ با جلو يا عقب تداخل دارد يا مجزاست براي پاسخ به چنين پرسشهايي بايد چيدمان دقيق سنسورهاي فاصله ياب را بر روي ربات پيدا نمود و براي ربات مفاهيم چپ و راست جلو و عقب مشخص شود. چيدمان سنسورهاي مادون قرمز پيرامون ربات Uwater و شمارهگذاري آنها در شكل (6) به تصوير كشيده شده است. دو مجموعه تعريف ميشود. مجموعهاي از نخست مجموعه سنسورها يا ir 19 سنسور كه داراي جايگاه مشخصي هستند. مجموعه دوم مجموعه فرامين قابل اجرا براي ربات است سپس روي اين دو مجموعه مجموعههاي فازي تعريف ميشود و با قواعدي آنها به هم ربط داده ميشوند. فرمان شكل ( 5 ):عبور از مانع ربات زيرآبي شكل (6): شمارگذاري سنسورهاي افقي ربات Uwater 1, 2, 3 19 act Go, left rot, riht rot, o back, Rcircle, Lcircle Rcircle دور زدن حول انتهاي مانع است. (7) در شكل L1 H2 L2 مجموعههاي فازي چپ جلو و... روي مجموعه سنسورها تعريف شده است و به صورت ظاهري نيز در شكل (6) قابل مشاهده است. شكل (7): :مجموعههاي فازي سمت هاي پيرامون ربات start H1 RG oal

31 مجله علمي - پژوهشي مهندسي مكانيك مجلسي / سال چهارم / شماره اول / پاي يز 1389 H معرف اين است كه جلو ربات مانع را حس كرده است B معرف عقب R1 معرف راست و جلو R معرف راست R2 معرف راست و پايين به همين ترتيب L يعني چپ ربات مانع را حس كرده است. نخستين شرط براي ورود به دستورات عبور از موانع اين است كه يكي از سنسورها مانعي را نشان دهد در اين صورت برنامه حركت به سمت هدف موقتا قطع شده و برنامه دوم يعني عبور از مانع و قواعد فازي مطابق زير اجرا ميشود: 1- اگر H يا L1 آنگاه left rot (به چپ بچرخ تا جايي كه جلو -2 مانعي نباشد) اگر R1 يا riht rot آنگاه (H و R1) اگر 3- Go آنگاه L يا R اگر B يا L2 يا R2 آنگاه Go اگر H و L و R آنگاه left rot يعني اگر مانع بزرگي جلوي -4-5 -6 ربات را تماما گرفته باشد. اگر H و U مانند مانع o back آنگاه R و و R1 L و L1 شكل كه سه طرف ربات مانع باشد. گاهي مانع مانند ديواري عريض است كه ربات بايد در كنار آن حركت كند و وقتي به انتهاي آن رسيد حول انتهاي مانع بچرخد تا در راستاي هدف قرار گيرد سپس از مانع جدا شود. بدين منظور يك دستور ويژه چرخش نياز است كه مركز آني دوران ربات را انتهاي ديوار يا مانع قرار دهد. اين دستورات را Rcircle و Lcircle در برنامه ناميده شدهاند در اين دستورات يك موتور با سرعت زاويهاي دو برابر موتور ديگر ميچرخد اينجا قاعده هفتم و هشتم نوشته ميشود كه مربوط به نقطه جدايي است. 7 -هنگامي كه ربات در كنار مانع در سمت چپ خود در حركت است اگر سنسورشماره 6 مقدار صفر را نشان داد آنگاه Rcircle تا زماني كه مجموعه فازي L فعال است و ربات در راستاي هدف قرار گيرد. 8 -هنگامي كه ربات در كنار مانع در سمت راست خود در حركت است اگر سنسور 16 مقدار صفر را نشان داد Lcircle تازماني كه مجمومه فازي R فعال است و ربات در راستاي هدف قرار گيرد. براي موانعي كه در زير يا بالاي ربات ظاهر ميشوند. سنسورهاي مادون قرمزي در بالا و پايين ربات قرار داده شده است. به طور كلي اين ربات داراي سه حالت كليدي است كه ميتوانند بعضا همزمان نيز اجرا شوند: كليد اول و اصلي و اولويت اول: حركت به سوي هدف كليد دوم: هنگام برخورد با موانعي در افق برنامه عبور از موانع افقي كليد سوم: برخورد با موانع عمقي بالا يا پايين توقف حركت عمقي كليد اول و دوم در هر زمان فقط يكي اجرا ميشود. ولي كليد سوم همزمان با هر يك از كليدهاي اول يا دوم ميتواند اجرا شود بنابراين ربات داراي چهار حالت ميشود: كليد اول به تنهايي كليد اول و سوم كليد دوم به تنهايي كليد دوم و سوم. 6 -نتيجهگيري در اين طرح نشان داده شد كه مي توان با حداقل موتورها و صرفه جويي در توان و انرژي و به وسيله كنترل فازي رباتي طراحي كرد كه به اهداف از قبل طراحي شده دست يابد. سادگي كنترل آن با دست نيز بر قابليت مانور بالاي آن افزوده است به طوري كه كاربر در هر لحظه ميتواند بين دو حالت كنترل خودمختار و دستي سويچ كند. شكل (8) گذر ربات از يك مانع Uشكل و چرخش دايرهاي در نقطه جدايي را حول انتهاي مانع نشان ميدهد. Uwater اساسي است براي طرحهاي بزرگتر اساسي كه همواره ثابت است و با امكانات بهتر بر همين اساس ميتوان طرحهاي فوقالعادهاي را عرضه نمود. تمامي فايلها و فيلمهاي شبيهسازي ربات و عبور آن از موانع و رسيدن به هدف نزد نويسندگان موجود و قابل اراي ه است. 7- مراجع شكل (8): عبور ربات زيرآبي از مانع U شكل Lcircle Goal Riht rot [1] Sofe E., "MIT Submarine Is Most Autonomous Robot Ocean Researcher Yet", Popular Mechanics September 29, 2008 [2] Blidber R., "The Development of Autonomous Underwater Vehicles (AUV), a Brief Summary", Autonomous Undersea Systems Institute, Lee New Hampshire, USA, 2007

هدايت و كنترل يك ربات زيرآبي به روش كنترل فازي 32 [3] Corke P., Carrick D., Matthew D., "Experiments with Underwater Robot Localization and Trackin", IEEE International Conference on Robotics and Automation Roma, Italy, April 2007, pp. 4556-4561 [4] I. S. Akkizidis, G.N. Roberts, "Desinin a Fuzzy-like PD Controller for an Underwater Robot", journal of science direct, Control Enineerin Practice, Vol. 11, 2003, pp. 471 480 [5] www.rov.or & www.auv.ir Burchur.R & Rydill.L اصول طراحي زيردريايي ترجمه مونسان محمد دانشگاه صنعتي مالك اشتر 1388 فصل 19 2 قنواتي م. راهنماي جامع Webots نرمافزار شبيهساز رباتها نشر تراوا 1388 فصل 1 13 [8] Kanakakis V.,Valavanis K. P. and Tsourveloupis N, "Fuzzy- Loic Based Naviation of Underwater Vehicles", Technical University of Crete", Journal of Intellient and Robotic Systems, Vol. 40, 2004, pp. 45-58. [9] Siewart R., Nourbakhsh. I., Introduction to autonomous mobile robots, a Bradford book the MIT press London, 2004, Chaps. 6, 272 [7] [6]