برای اینکه ربات سیار در یک محیط به درستی حرکت کند و ماموریتهای محوله را به خوبی به انجام برساند، روشهای مختلفی وجود دارد، که توام با مکان یابی و کنترل آن می باشد. به طور کلی اصلی ترین عنصر و عامل در هوشمندی رباتهای سیار، سیستم تعیین موقعیت ربات است، که به واسطه آن می توان سایر فعالیت های ربات را برنامه ریزی کرد. برای این منظور روشها و سنسورهای مختلف بکار برده می شود، که از جمله آن می توان روشهایی مبتنی بر مادون قرمز، التراسونیک، و ادومتری، بینایی استریو و یا ترکیب آنها را نا م برد. در این پایان نامه با هدف بکارگیری بینایی استریو در مکان یابی رباتهای سیاراز یک 3d webcam که یک دوربین استریوی بسیار ضعیف می باشد جهت تصویر برداری استفاده شده است وهدف تعیین موقعیت و سمت ربات با استفاده از داده های این دوربین می باشد. کلیه تست ها روی ربات موبایل khepera ii پیاده سازی شده است. در ادامه مدل سینماتیکی ربات سیار با مکانیزم تفاضلی بررسی شده است. با توجه به اینکه محیط کاری ما به صورت ناشناخته در نظر گرفته شده و چون ربات بایستی موقعیت خود را از روی علائم موجود در محیط بدست آورد جهت تعیین این علائم راهنما از ویژگیهایی به نام surf که در مقابل چرخش و انتقال و نیز تغییرات شدت روشنایی مقاوم می باشد به عنوان علائم راهنما استفاده شده است. در ادامه سعی شده است با استفاده از اصول بینای استریو در تعیین موقعیت سه بعدی ویژگیها، موقعیت و جهت ربات سیار بدست آورده شود. برای محاسبه موقعیت سه بعدی ویژگیها نیاز به داشتن پارامترهای داخلی دوربین داریم، که از پروسه کالیبراسیون حاصل می گردند. دو جعبه ابزار برای کالیبراسیون دوربین استریو معرفی شده است. ادامه چکیده دوربین مورد استفاده در این پایان نامه یک دوربین تخصصی استریو نمی باشد و هیچ گونه کالیبراسیون سخت افزاری روی آن انجام نشده است، تصویری که ارائه می دهد تصویر مناسبی برای استفاده جهت استخراج علائم راهنما نمی باشد. این تصویر بایستی به تصویر مناسبی تبدیل گردد، در این پایان نامه این تبدیل با نام یکسوسازی تصویر بررسی شده است. نتایج حاصله برای استخراج علائم راهنما و تعیین موقعیت سه بعدی این علائم بعد از یکسوسازی بسیار قابل توجه می باشد در ادامه کار الگوریتمی برای تعیین موقعیت ربات سیار با استفاده از ردیابی ویژگیهای انتخاب شده در تصاویر متوالی استریو بیان شده است، که در نهایت به محاسبه ماتریس دوران r و بردار انتقال t می انجامد، با در دست داشتن ماتریس دوران و بردار انتقال در هر لحظه، تغییرات مکان و زاویه ربات محاسبه می گردد، با جمع کردن این تغیرات با مقدار قبلی خود می توان مکان فعلی ربات را بدست آورد. الگوریتم بیان شده در جهت تعیین مختصات و سمت ربات سیار، در فواصل کوتاه دارای جواب نسبتا خوبی می باشد، ولی اگر بردارهای جابجایی در مسافتهای طولانی با هم جمع شوند، بدلیل خطاهای جمع شونده، ممکن است در موقعیت سراسری ربات خطای قابل ملاحظه ای ایجاد کنند، بعبارت دیگر هر دو روش ادومتری و بینایی دارای عدم قطعیتی هستند که باعث ایجاد عدم قطعیت در تعیین موقعیت سراسری می-شوند. با استفاده از فیلتر کالمن می توان این دو منبع دارای عدم قطعیت را به کمک ماتریس کواریانس عدم قطعیتشان با هم ترکیب کرده و عدم قطعیت کمتری بدست آورد.

در این پایان نامه، پیاده سازی سیستم مجتمع شده ی gps/ins بر اساس یک سیستم سخت افزاری پیاده شده بر مبنای پردازنده ی dsp، tms320c6713(pyp) و fpga، spartan-3 xcs400-4pqg208c بصورت یک مینیمم برد low-cost جدید بهینه شده در دو لایه ارائه می کند. سیستم های ناوبری ins و gps دارای استفاده های وسیعی در کاربردهای ناوبری و موقعیت یابی دارند. ترکیب کردن این دو سیستم در کنار همدیگر بر ضعف این دو سیستم به صورت تنها غلبه می کند، بتابراین عملکرد کل سیستم بهبود خواهد یافت. سیستم ناوبری دارای محاسبات زیاد، سرعت بلادرنگ بالا، و انجام عملیات با دقت زیادی می باشند، بنابراین ما نیاز داریم که سیستم سخت افزاری با کارایی بالا طراحی کنیم. در سال های اخیر استفاده از ترکیب fpga و dsp در کاربردهای پردازش سیگنال های دیجیتالی استفاده های زیادی پیدا کرده اند. در واقع fpga دارای مشخصات منحصر به فردی برای توسعه عملکرد بلادرنگ سیستم در زمینه دریافت داده به عنوان یک واسط و کنترل عملیات کل سیستم دارا می باشد. و می توان با پیاده کردن چندین المان بر روی این تراشه حجم پیچیدگی ها را کم کنیم، از جمله المان های پیاده شده بر روی این تراشه شامل پروتکل سریال uart و spi، fifoها، مدارات کنترلی سیستم، تقسیم کننده های فرکانسی و glue logic کل برد می باشد. بنابراین ما از fpga برای ایجاد سیستمی انعطاف پذیر در توسعه سیستم مجتمع gps/ins استفاده کردیم. ما برای ارتباط بین این دو تراشه از تکنیک edma استفاده نمودیم تا بدین گونه داده ها ی دریافتی از طریق fpga بدون دخالت cpu وارد کانال های اختصاص داده شده در dsp شوند و الگوریتم های ناوبری بر روی آنها اجرا شوند. و در نهایت داده مطلوب خروجی که شامل پارامترهای ناوبری می باشند از طریق کنترلر edma به fpga انتقال یابند و از آنجا توسط پورت سریالی که در fpga طراحی شده است به سیستم خروجی برای پردازش و نمایش انتقال یابد. با این تکنیک توانسته ایم سرعت عملکرد سیستم را بالا ببریم و به سیستمی بالادرنگ برسیم. برد ارائه شده در دو لایه می باشد، که برای کوچک تر طراحی کردن آن ما قطعات مورد استفاده در برد را در دو طرف برد نصب کرده ایم. از جمله قطعاتی که در لایه پایینی برد نصب شده اند خازن های بای پس پایه های تغذیه ی dsp و fpga می باشند. تا هم توانسته باشیم آنها را تا حد امکان به این پایه ها نزدیک کنیم و هم بجای اشغال کردن لایه بالای برد از فضای باز لایه پایینی برد استفاده کرده باشیم. و اندازه ی برد ارائه شده را کاهش دهیم. تمام قطعات بکار رفته در برد بصورت نصب سطحی می باشند تا هم جای کمتری را اشغال کنند و هم مشخصه الکتریکی بهتر داشته باشند. برای طراحی برد از نرم افزار altium designer 9 و برای تست و شبیه سازی تمام برنامه های vhdl و c++ مربوط به طراحی از نرم افزارهای quartus ii 9.1، xilinx ise v 7.1 و نرم افزارهای ccs 3.3 و visual c++ استفاده کرده ایم. در مقایسه ای که با سیستم های سخت افزاری متداول برای پیاده سازی سیستم مجتمع gps/ins انجام داده ایم، سیستم ارائه شده دارای ساختاری کوچکتر، سرعت پردازش بالا، انعطاف پذیری خوب در دریافت داده ها ورودی، و هزینه ی کم می باشد. و بخاطر استفاده از dsp و fpga در برد طراحی شده به عملکرد بالای دست یافته ایم.

در این پایان نامه، طراحی سیستم مجتمع شده ی gps/ins بر اساس یک سیستم سخت افزاری بر مبنای پردازنده ی dsp، tms320c6713(pyp) و fpga، spartan-3(xcs400) صورت گرفته است. سیستم های ناوبری ins و gps دارای استفاده های وسیعی در کاربردهای ناوبری و موقعیت یابی دارند. ترکیب کردن این دو سیستم در کنار همدیگر برکمبود و ضعف این دو سیستم به تنهایی غلبه می کند، بنابراین عملکرد کل سیستم بهبود خواهد یافت. سیستم ناوبری دارای محاسبات زیاد، سرعت بلادرنگ بالا، و انجام عملیات با دقت زیادی می باشند. در سال های اخیر استفاده از ترکیب fpga و dsp در کاربردهای پردازش سیگنال های دیجیتالی استفاده های زیادی پیدا کرده اند. در واقع fpga دارای مشخصات منحصر به فردی برای توسعه عملکرد بلادرنگ سیستم در زمینه دریافت داده به عنوان یک واسط و کنترل عملیات کل سیستم دارا می باشد. و با استفاده از این تراشه حجم پیچیدگی ها را کم می کنیم، بنابراین ما از fpga برای ایجاد سیستمی انعطاف پذیر در توسعه سیستم مجتمع gps/ins استفاده کردیم. برای ارتباط بین این دو تراشه از تکنیک edma استفاده نمودیم تا بدین گونه داده ها ی دریافتی از طریق fpga بدون دخالت cpu وارد dsp شوند و الگوریتم های ناوبری بر روی آنها اجرا شوند. و در نهایت داده مطلوب خروجی که شامل پارامترهای ناوبری می باشند از طریق کنترلر edma به fpga انتقال یابند و از آنجا توسط fpga به سیستم خروجی برای پردازش و نمایش انتقال یابد. با این تکنیک توانسته ایم سرعت عملکرد سیستم را بالا ببریم و به سیستمی بالادرنگ برسیم. برای تست و شبیه سازی تمام برنامه های matlb و c++ مربوط به طراحی از نرم افزارهای matlab r2008b، ccs 3.3 و visual c++و xilinx12.1 و awr و استفاده کرده ایم. در مقایسه ای که با سیستم های متداول برای پیاده سازی سیستم مجتمع gps/ins انجام داده ایم، سیستم ارائه شده دارای سرعت پردازش بالا، انعطاف پذیری خوب در دریافت داده ها ورودی، و هزینه ی کم می باشد. و بخاطر استفاده از dsp و fpga به عملکرد بالایی دست یافته ایم.

فیلترهای تطبیقی چند بعدی نیز مطرح شده است، که تاریخچه آن به دهه نهم قرن بیستم می رسد که در این دهه اولین مقاله در مورد گسترش دو بعدی الگوریتم lms ارائه گردید. چون در این الگوریتم فاصله بلندگو آنتی نویز از میکروفن خطا در نظر گرفته نمی شود سیستم به سمت ناپایداری می رود ، بنابراین از الگوریتم fxlms برای پایداری سیستم استفاده می شود. سیستمی که این الگوریتم بکار می رود را سیستم کنترل نویز می نامند. سیستم حذف کننده فعال نویز شامل یک یا چندین منبع کنترل برای شناسائی مسیر ثانویه تداخل در داخل سیستم اکوستیک می باشد. سیستم تداخل نویز ناخواسته که از یک یا چندین منبع نویز اولیه است، را از بین می برد. سیستم حذف کننده فعال نویز دارای شرایط مطلوب برای استفاده در رنج فرکانسی پائین می باشد. یک ویژگی دیگر سیستم کنترل فعال نویز خود تنظیمی آنها با شرایط نویز و تغییرات محیط (مخصوصا در سیستم پیشرو) می باشد. در این پایان نامه اول الگوریتم های بیان شده مورد بررسی قرار می گیرند. سپس به بررسی مشخصه های فیلتر برای بهینه کردن رفتار همگرائی، کاهش پیچیدگی، ...... می پردازیم و روش های مختلف پیاده سازی سخت افزاری مورد بررسی قرار می گیرد. در پایان با توجه به الگوریتم انتخاب شده سخت افزار بهینه پیاده سازی می شود.

پردازش تصویر زمان واقعی بطور گسترده ای در زمینه های بازرسی بسیار سریع، بینایی رباتیک، واقعیت مجازی و فعل و انفعالات بین انسان و کامپیوتر بکار برده می شود. بینایی کامپیوتر و هماهنگی بین دست و چشم ربات دو فیلدی هستند که بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. استفاده از بینایی کامپیوتر برای هدایت بازوی ربات در تحقیقات بسیاری مورد بررسی و آزمایش قرار گرفته است. این پایان نامه پیشرفتهای جاری در زمینه سیستمهای سرو بینایی یک جسم پرنده بسیار سریع با استفاده از پیشنهادات عمومی و سخت افزارهای مورد نیاز و پیاده سازی متدهای جدید ردیابی جسم و تخمین مسیر حرکت یک جسم پرنده را توضیح می دهد. گرفتن یک جسم متحرک با سرعت بالا و حرکت نامشخص در فضای سه بعدی با استفاده ار فیدبک های مستقیم از اطلاعات تصویر توسط بازوی رباتی که بصورت دینامیکی کنترل می شود نیازمند چندین مرحله است که عبارتند از: 1) تشخیص جسم پرنده در تصویر 2) الگوریتمهایی برای تشخیص جهت، موقعیت وحرکت جسم 3) رد یابی جسم در تصویر 4) یک الگوریتم تکراری پیش بینی مسیر حرکت جسم که مسیر پیش بینی شده را بر اساس جدیدترین داده های سنسوری بهینه می کند. 5) تغییرمسیر حرکت بازوی ربات توسط کنترلر به منظور گرفتن جسم بر اساس مسیر پیش بینی شده در این پایان نامه فقط مراحل 3 و 4 مطالعه شده است. بعد از گذشت 0.62 ثانیه دقت تخمین مسیر حرکت پرتابه برابر 0.9 میلی متر می باشد.

ما در این پایان نامه براساس منطق ترانزیستور تک الکترون و با استفاده از ترانزیستور تک الکترون سه گیت مبتنی بر نقطه کوانتومی سیلیکنی 2 نانومتر قابل عملکرد در دمای اتاق، مداراتی را برای گیتهای منطقی buffer، not، xor، xnor، and، nand، or و nor طراحی کرده ایم و عملکرد هر یک از آنها را مورد بررسی قرار داده ایم. گیتهایی که عملکردی مکمل یکدیگر دارند، دارای ساختار مشترکی هستند و فقط مقادیر ولتاژهای بایاس برای آنها متفاوت است. تمامی این گیتها به جز xor و xnor، بر پایه ی مدار گیتهای buffer و not پیاده سازی شده اند. با استفاده از ساختارهای طراحی شده، مداری را برای ضرب کننده دوبیتی باینری طراحی کرده ایم. این مدار، بدون استفاده از مدارات جمع کننده و با مجموع 28 ترانزیستور پیاده سازی شده است. در منطق اتخاذ شده برای طراحی، سطوح بالا و پایین ولتاژهای ورودی را به ترتیب «9/2 ولت» و «صفر» انتخاب کرده ایم. سطوح بالا و پایین ولتاژ خروجی هر یک از مدارات نیز به ترتیب تقریباً برابر «vdd=0.1v» و «صفر» شده اند. نتایج شبیه سازی ها براساس روش مونت کارلو، نشان می دهند که هر یک از مدارات طراحی شده، عملیات منطقی مورد نظر را به درستی اجرا می کنند.

در این پایان نامه، از دو الگوریتم خوشه بندی فازی (fcm) و خوشه بندی کاهشی (subtractive) برای خوشه بندی بردارهای ویژگی در سیستم شناسایی رفتار انسان در ویدئوها استفاده شده است. روش های اخیر طبقه بندی رفتار انسان دنباله های ویدئو را با استفاده از مدل کیفی از کلمات مکانی-زمانی نمایش داده اند که نتایج موفقی در طبقه بندی شی و صحنه داشته اند. codebook معمولا با استفاده از الگوریتم خوشه بندی k-means بدست می آید. ما نشان می دهیم که برای ویژگی های سه بعدی مکانی-زمانی، الگوریتم معروف k-means نامناسب است، چون اولا وقتی بردار ویژگی به دو خوشه شبیه است این الگوریتم بردار ویژگی را به نزدیکترین خوشه اختصاص می دهد، در صورتی که این بردار ویژگی می تواند در محاسبه مرکز خوشه دیگر هم تاثیر گذار باشد و مراکز خوشه ها به طور یکنواخت تری انتخاب شوند. دوما در این الگوریتم تعداد خوشه ها باید در ابتدا مشخص باشد که نیاز به ارزیابی تجربی دارد. ما الگوریتم fcm را به کار می بریم تا مراکز خوشه ها به طور یکنواخت تری انتخاب شوند و برای تعیین تعداد خوشه ها به طور خودکار از الگوریتم خوشه بندی subtractive استفاده می کنیم. با به کار بردن این دو الگوریتم، codebook با دقت بهتری ایجاد می شود که نهایتا باعث بهبود در سیستم شناسایی رفتار می شود.

بینایی رایانه ای یا بینایی کامپیوتری (computer vision)یکی از شاخه های مدرن و پرتنوع هوش مصنوعی ا ست که با ترکیب روش های مربوط به پردازش تصاویر و ابزارهای یادگیری ماشینی رایانه ها را قادر به بینایی اشیاء، مناظر و درک هوشمند خصوصیات گوناگون آنها می گرداند و امروزه به عنوان یک ابزار مهندسی در پردازش های دیجیتال، شبکه های کامپیوتری و نیز برای کنترل ابزارهای صنعتی از قبیل کنترل بازوهای ربات و یا خارج کردن تجهیزات معیوب به کار می رود. از این رو ترکیب مناسب یک سیستم بینایی ماشین برای شناسایی موقعیت جسم هدف و از سوی دیگر طراحی یک سیستم تعقیب گر بر روی یک بازوی هوشمند می تواند ایده مناسبی برای انجام فرآیندهای صنعتی باشد. در این پایان نامه، یک روش جدید گوشه یابی در فرآیند کالیبراسیون صنعتی پیاده گردیده و نتایج حاصل از پردازش تصاویر توسط تطبیق ویژگی های تصاویر استریو، موقعیت سه بعدی جسم هدف را نتیجه می دهد. موقعیت بدست آمده، به یک بازوی ربات سه درجه آزادی اعمال شده واین بازو توسط یک کنترلر ترکیبی عصبی- به تعقیب هدف می پردازد. باوجود آنکه کنترلرهای مرتبه بالاتر ممکن بود دارای عملکرد مناسبی در تعقیب مسیر باشند ولی در عوض دارای پیچیدگی محاسباتی و مشکلات پیاده سازی بسیار زیادی می باشند. لذا روش جدید بکار گرفته شده در این زمینه، ترکیب یک کنترلر عصبی با کنترلر مرتبه دو جهت حذف اغتشاش، تسریع عملکرد بازو و مقاومت بالا در برابر نامعینی های سیستم می باشد. برای ارزیابی کنترلر پیشنهادی دو کنترلر غیرخطی و عصبی- روی مدل غیرخطی بازوی سه درجه آزادی پیاده شده و پاسخ سیستم در هر مورد باهم مقایسه شده اند. نتایج شبیه سازی نشان داد که که کنترلر پیشنهادی علیرغم پیچیدگی ساختاری کمتر، دارای عملکرد موثرتری می باشد.

دینامیک غیرخطی سیستم تعیین سمت- تراز متأثر از عوامل عدم قطعیت مانند نویز، بایاس، اغتشاش و پارامترهای مدل نشده است. از این رو محاسبه دقیق زوایای سمت- تراز که توصیف عملی از رفتار سیستم غیرخطی هستند، مشکل بوده و نتایج سیستم تعیین سمت- تراز در مقایسه با سیستم های دقیق، به علت خطاهای وضعیت بزرگ در مدت زمان کوتاه، غیرقابل اعتماد می شود. در نتیجه پیشنهاد می شود از روش های تخمین مقاوم برای تعیین زوایای سمت و تراز استفاده گردد. روش های مورد استفاده در این پروژه برای محاسبه زوایای سمت- تراز، فیلتر کالمن تعمیم یافته، رویتگر مود لغزشی و رویتگر عصبی با استفاده از چند روش شبکه های عصبی مصنوعی مانند شبکه ی عصبی پرسپترون سه لایه، شبکه عصبی ویولت و شبکه عصبی ویولت فازی بازگشتی است. الگوریتم های یادگیری این شبکه های عصبی نیز ارائه شده و پایداری آن ها اثبات گردیده است. در ادامه عملکرد رویتگرهای طراحی شده و توانایی آن ها در محاسبه و به روزرسانی متغیرها و پارامترهای سیستم با داده های شبیه سازی و انجام تست بر روی خودرو ارزیابی می گردد. نتایج نشان می دهد که در مقایسه با فیلتر کالمن، رویتگر مود لغزشی و شبکه های عصبی توانایی بیشتری در تخمین دقیق زوایای سمت و تراز دارند.

دستگاه اندازه گیر افت دانه یک سیستم اندازه گیری تلفات دانه در کمباین می باشد. حسگرهای مورد استفاده در این سیستم ها معمولاً نیروسنج ها یا حسگرهای پیزوالکتریکی هستند. برای اندازه گیری میزان تلفات، دانه ضربه ای به حسگر وارد کرده و یک سیگنال ولتاژ الکتریکی تولید می شود که متناسب با مقدار تلفات می باشد. در حین برداشت محصول در مزرعه، کمباین در معرض ارتعاشاتی قرار می گیرد که عملکرد و سیگنال ولتاژ تولیدی توسط این حسگرها را به طور قابل توجهی تحت تأثیر قرار می دهد. در این حسگرها تمایز بین ضربات ایجاد شده توسط محصول و نویزهای ایجاد شده در کمباین مثل ارتعاشات، یک چالش به حساب می آید. بنابراین پی بردن به مقادیر ارتعاشات در قسمت عقب کمباین و در جایی که این حسگرها نصب می شوند بسیار مهم است. در این تحقیق برای بررسی میزان ارتعاشات عقب کمباین در شرایط مختلف مزرعه، از یک حسگر شتاب سه محوره دیجیتالی استفاده گردید. این حسگر در قسمت عقب کمباین jd955 icm ، نصب گردید و مقادیر شتاب این قسمت در سه سطح سرعت پیشروی، سه سطح سرعت دورانی کوبنده و در دو حالت وجود یا عدم وجود محصول در رایانه ذخیره گردید. نتایج حاصل از تحلیل آماری داده ها نشان داد، شتاب در راستای قائم بیشتر تحت تأثیر ناهمواری های زمین است تا متغیرهای مربوط به ماشین. هم چنین افزایش محسوسی در مقدار ارتعاش در سرعت دورانی rpm 690 و پیشروی 1-km.h 4، مشاهده شد که به نظر می رسد در این حالت پدیده تشدید اتفاق افتاده باشد. وجود محصول در داخل کمباین باعث افزایش در مقادیر شتاب شد که می توان علت آن را پایین بودن درصد رطوبت گندم برداشت شده دانست. در سرعت دورانی کوبنده معین با افزایش سرعت پیشروی و در حالتی که کمباین در حال برداشت گندم بود، مقدار شتاب در راستای طولی افزایش پیدا کرد. از نتایج این تحقیق می توان در بهبود دقت و کارکرد سیستم های اندازه گیری مقدار تلفات برخط و هم چنین طراحی ایزولاتورهای ارتعاشی برای این سیستم ها استفاده کرد.

سیستم های طیف گسترده(spread spectrum) امروزه به طور وسیعی مورد استفاده قرار می گیرند. این سیستم ها ابتدا توسط ارتش آمریکا و در طی جنگ جهانی دوم مورد استفاده قرار گرفت. در سیستم های طیف گسترده دنباله خطی (direct sequence spread spectrum) سیگنال داده در یک دنباله شبه نویز ضرب می شود تا پهنای باند افزایش یابد. در گیرنده نیز سیگنال دریافتی پس از دمدولاسیون در یک دنباله شبه نویز همانند دنباله موجود در فرستنده ضرب می شود تا سیگنال مورد نظر استخراج شود. در این پروژه هدف طراحی مدارت گیرنده و مدارات مناسب برای سنکرون کردن دنباله های شبه نویز فرستنده و گیرنده می باشد. به این منظور از تکنیک های پردازش سیگنال همانند retiming، pipelining و loop unrolling استفاده خواهد شد.

چکیده ندارد.