بهینه سازی و یادگیری حرکت ربات های چهارپا در سطوح ناهموار

thesis
abstract

استفاده از انواع ربات ها در دنیای امروزی امری غیر قابل اجتناب می نماید، چنانکه امروزه ربات ها در انجام بسیاری از کارها جایگزین انسان ها شده اند. ربات ها جایگزین مناسبی برای انسان در انجام کارهای تکراری و خطرناک و یا استفاده در محیط های غیر قابل دسترس به وسیله ی انسان هستند. در این میان ساخت ربات هایی که توانایی پیمایش سطوح ناهموار را دارند، همواره از جذابیت خاصی در بین متخصصان علم رباتیک برخوردار بوده است. ربات های چرخ دار علی رغم مصرف سوخت کمتر و سرعت بیشتر نسبت به همتایان پادار خود در سطوح هموار ، قابلیت پیمایش سطوح با ناهمواری بالا و عبور از موانع را ندارند. این در حالیست که ربات های پادار به دلیل برخورداری از ویژگی های سینماتیکی خاص و پایداری بهتر، با قرار دادن کنترل شده ی پاهای خود می توانند در سطوح ناهموار کارامد تر باشند. ربات ها چه یک کاوشگر فضایی بسیار پیچیده و یا یک ربات فوتبایست بسیار ساده باشند، همگی برای داشتن عملکردی موفق، نیاز به الگوریتم های کنترلی پایدار دارند. ربات های واقعی در محیط هایی قرار خواهند گرفت که نیمه مشاهده پذیر، تصادفی، پویا، پیوسته، چند عاملی و ترتیبی هستند. همین مسائل باعث می شوند که استفاده از روش های سنتی مثل برنامه نویسی مستقیم به منظور کنترل ربات ها، جز در موارد معدود مورد استفاده قرار نگیرند. در واقع ما امروزه نیاز به ربات هایی داریم که قادر به یادگیری مهارت های جدید باشند و در مواجهه با موقعیت های جدیدی هم که قبلا با آن ها روبرو نشده اند عملکرد موفقی از خود نشان دهند. رباتی که در این پایان نامه به طور خاص مورد بررسی قرار گرفته است، رباتی چهارپاست که قادر به پیمایش سطوح ناهموار، از جمله سطوحی که ربات قبلا با آن ها مواجه نشده است، باشد. یکی از عمده ترین مسائل مطرح در حرکت ربات های پادار بر روی سطوح ناهموار، انتخاب محل مناسب گام هاست. به عبارتی محل گام های ربات باید به گونه ای انتخاب شوند که خطر لغزش ربات بر روی سطح کمینه و پیشروی به سمت هدف بیشینه شود، منجر به تصادم ربات با محیط اطرافش نشود و همچنین در محدوده ی سینماتیک ربات قرار داشته باشد. ژوهشگران حوزه ی رباتیک از دو دیدگاه مکانیک و کنترل کننده ی ربات سعی در بهبود حرکت ربات های پادار بر روی سطوح ناهموار دارند. گروه اول با توجه به مورد کاربرد ربات، از طراحی مکانیکی متناسب با آن نوع کاربرد استفاده می کنند. برای مثال تعداد پاها، نوع طراحی پاها، ساق ها و بسیاری از موارد دیگر را به گونه ای در نظر می گیرند که ربات قادر به انجام وظایف در نظر گرفته شده برای آن باشد. گروه دوم پژوهشگران که بر روی کنترل کننده ی ربات ها متمرکز شده اند، از راهکارهای مختلفی هم چون cpgها و راهکارهای مبتنی بر یادگیری ماشین و بهینه سازی استفاده نموده اند. هدف از این پایان نامه، ارائه ی راه کاری برای انتخاب مناسب گام های ربات چهارپا بر روی سطوح ناهموار با بهره گیری از روش های یادگیری ماشین و بهینه سازی است، طوری که باعث کاهش تعداد تصادم های ربات با محیط و واژگونی آن شود. برای این منظور، ابتدا الگوهای سطح در دو اندازه ی متفاوت از توضیحات خبره برای انتخاب گام بهینه استخراج می شوند. سپس از یک کلاس بند دودویی خطی برای یادگیری یک زیرمجموعه از کل مجموعه الگوهای سطح استخراج شده از این توضیحات استفاده می شود. این الگوهای یاد گرفته شده به همراه یک مجموعه از ویژگی های دیگر، بردار ویژگی را تشکیل می دهند که از آن برای تقریب تابع ارزش الگوریتم یادگیری تقویتی استفاده می شود. به این ترتیب با به دست آمدن تقریبی از تابع ارزش، محل گام بهینه در هر مرحله قابل محاسبه خواهد بود. در نهایت از سینماتیک معکوس برای قرار دادن گام مورد نظر در محل تعیین شده استفاده می شود. به منظور ارزیابی، شبیه سازی هایی انجام گرفته و عملکرد روش پیشنهادی با دو روش دیگر مورد مقایسه قرار گرفته است. در یکی از این دو روش، از الگوهای سطح و توضیحات خبره به منظور یادگیری یک تابع رتبه بندی گام استفاده شده است. در این روش گامها بر اساس این تابع رتبه بندی یاد گرفته شده انتخاب می شوند. در روش دیگر، تابع ارزش یادگیری تقویتی بر اساس ویژگی های ساده ی خطی تقریب زده می شود و گام های ربات بر اساس این تابع ارزش یادگیری شده و پاداش دریافتی انتخاب می شوند. علت استفاده از این دو روش به منظور مقایسه در واقع به این علت است که روش پیشنهادی این پایان نامه با الهامگیری از این دو روش ارائه شده است. بر اساس نتایج شبیه سازی، روش پیشنهادی نسبت به دو روش دیگر از جهت میانگین تعداد تصادم ها در هر گام و نرخ موفقیت ربات، عملکرد بهتری از خود نشان می دهد.

similar resources

بررسی پیش رفت های فن آوری ربات های چهارپا

در این مقاله مروری، پس از ارائه یک تاریخچه و بررسی مزایای روبات چهارپا، به آخرین پژوهشهای انجام شده در جهان در زمینه این روباتها اشاره می گردد. در ادامه انواع مکانیزمهای گام برداری و مسیرهای حرکتی روبات چهارپا و نیز معیارهای پایداری ایستا و پویای آن ارائه می‌شود. همچنین مدلسازی و تحلیل جنبشی و پویشی یک روبات چهارپای کلّی با 12 درجه آزادی بررسی می گردد. در نهایت الگوریتم های کلّی مسیریابی این گونه...

full text

طراحی کنترل گر کشسان برای روبات چهارپا در سطوح ناهموار

در این پژوهش، رفتار کشسان روبات چهارپا در عبور از موانع، مورد بررسی قرار می گیرد. روبات برای حرکت در سطوح ناهموار، به روش گام برداری با حاشیه پایداری امن، نیاز دارد. به این منظور، یک رهیافت طراحی گام جدید با حاشیه پایداری امن پیشنهاد می شود. این رهیافت علاوه بر دارا بودن حاشیه پایداری غیر صفر در تمام زمان ها، به جابه جایی جانبی بدنه در طول حرکت، نیاز ندارد. همچنین به منظور ایجاد رفتار کشسان برا...

بازیابی تعادل یک ربات چهارپا با تنظیم بهینه نیرو های قیدی و شتاب های بدنه

حفظ و بازیابی تعادل در هنگام اعمال نیروهای خارجی یک موضوع بسیار مهم برای ربات های چهارپا می باشد. اهمیت این موضوع به این دلیل است که ربات های چهارپا باید در محیط های ناهموار حرکت کرده و این نیروها جزء لاینفک این سطوح می باشند. بنابراین در این مقاله به بررسی بازیابی تعادل یک ربات چهارپا پس از اعمال یک نیروی خارجی بر آن پرداخته می شود. بدین منظور، ابتدا مدل دینامیکی کامل یک ربات چهارپا استخراج شد...

full text

اثرات سایه مشخصه سطوح در پدیده پراکندگی از سطوح ناهموار

 In the wave scattering from rough surfaces investigated by using the surface morphology and the vertical AFM, in general the correct and complete results cannot be obtained. If the roughness with respect to the wavelength is more than a critical limit, the theoretical calculation is not the same as the experimental data, and this inequality cannot be corrected without considering the shadowing...

full text

بهینه سازی و کنترل ربات توانبخش راه رفتن

مقدمه و اهداف در بسیاری از زمینه‌های مربوط به روباتیک در زمینه توانبخشی، تولید گشتاور مطلوب و دقیق با در نظر گرفتن دینامیک موتورها تحقق پیدا می‌کند. در عمل دینامیک موتورها ممکن است ناشناخته باشد و به همین دلیل بسیاری محققان از دینامیک موتورها صرف‌نظر می‌کنند که می‌تواند اثر قابل‌توجهی در نتایج کلی داشته باشد.  هدف از این تحقیق، بهینه­سازی عملکرد ربات­های توانبخش راه رفتن می­باشد. مواد و روش ها ...

full text

بررسی پیش رفت های فن آوری ربات های چهارپا

در این مقاله مروری، پس از ارائه یک تاریخچه و بررسی مزایای روبات چهارپا، به آخرین پژوهشهای انجام شده در جهان در زمینه این روباتها اشاره می گردد. در ادامه انواع مکانیزمهای گام برداری و مسیرهای حرکتی روبات چهارپا و نیز معیارهای پایداری ایستا و پویای آن ارائه می شود. همچنین مدلسازی و تحلیل جنبشی و پویشی یک روبات چهارپای کلّی با 12 درجه آزادی بررسی می گردد. در نهایت الگوریتم های کلّی مسیریابی این گونه...

full text

My Resources

Save resource for easier access later

Save to my library Already added to my library

{@ msg_add @}


document type: thesis

وزارت علوم، تحقیقات و فناوری - دانشگاه تبریز - دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر

Hosted on Doprax cloud platform doprax.com

copyright © 2015-2023