رباتیک چهار درجه آزادی فازی ژنتیکی

رباتیک چهار درجه آزادی فازی ژنتیکی – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه فنی مهندسی – بین رشته ای

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

کنترل بهینه فازی – ژنتیکی حرکت بازوی رباتیک مبتنی بر چهار درجه آزادی

چکیده

در این مقاله، ما نسبت به ارائه مطلبی در خصوص کنترل بهینه حرکت و برنامه ریزی خط سیر ربات با چهار درجه آزادی و با استفاده از منطق فازی (FL) و الگوریتم های ژنی (GA) اقدام می‌نمائیم. ما ارزیابی خود را با بهره گیری از منطق فازی و الگوریتم های ژنی برای کنترل بازوی رباتیک با توجه به چهار درجه آزادی (DOF 4) انجام می‌دهیم. در این بررسی موارد مبهم همانند حرکت، اصطکاک و زمان تثبیت شدگی در حرکت بازوی رباتیک با بهره گیری از منطق فازی و الگوریتم های ژنی جبران شده‌اند. رویه توسعه یک الگوریتم بهینه سازی فازی ژنی نیز در این بحث مورد بررسی قرار می‌گیرد. با توجه به نتایج حاصله الگوریتم ژنی و الگوریتم ژنی فازی مورد مقایسه قرار خواهند گرفت. این مقاله همچنین تشریح کننده الگوریتم های ژنی خواهد بود که برای بهینه سازی حرکت ربات و خط سیر آن در نظر گرفته شده اند. بر این مبنا مدل ارائه شده به عنوان یک مدل کلی برای ساختارهای تکراری می‌باشد و قابلیت ارائه هرگونه ساختار n-link نیز وجود خواهد داشت. نتیجه حاصله برنامه ریزی یک خط سیر کامل با استفاده از الگوریتم های ژنی و منطق فازی می‌باشد که معرف انعطاف پذیری این تکنیک در زمینه هوش مصنوعی است.

کلمات کلیدی : سینماتیک یا جنبش شناسی معکوس، الگوریتم های ژنی (GA)، منطق فازی (FL) برنامه ریزی خط سیر.

رباتیک چهار درجه آزادی فازی ژنتیکی

۱- مقدمه

ربات های ناوبری یا هدایت اتوماتیک هم اکنون به عنوان ادواتی به شمار می‌آیند که از اهمیت روزمره ای برخوردار می‌گردند. طراحی حرکت یکی از وضایف مهم در کنترل هوشمندانه یک ربات سیار مستقل به شمار می‌آید. حرکت بهینه جهت حاصل آوردن کارآیی یک موبایل سیار مستقل الزامی ‌می‌باشد. بسیاری از دیدگاه های پیشنهادی از منطق فازی یا الگوریتم های ژنی استفاده نموده اند. شرایط مسیر را می‌توان با استفاده از متغیرهای زبان شناسی فازی مدل سازی نمود، به گونه ای که بتوان موارد نادرست و ابهامات داده مسیر را مشخص نمود. بر این مبنا چهار چوب های کلی و جدید برای کنترل ربات توسعه یافته است. موانع موجود در این راه غالباً به عنوان منابع مرتبط با عدم کارایی متناسب و صحیح ربات و بازوی رباتیک بشمار آمده‌اند. بر این مبنا، تلاش های بسیاری جهت توسعه خطوط سیر و مسر حرکت مؤثر بازو، جهت اجتناب از این موانع، صورت گرفته است. در این راستا احتمالات همراه با فرآیند زمان واقعی و کنترل، جهت حاصل آوردن عملکرد بهتر، مد نظر می‌باشند. السون و همکاران مدل و تکنیک‌هایی را برای مشخص نمودن حالت احتمال خود استقراری برای ربات سیار توسعه داده‌اند. فرد دیگری نیز به نام داوندرا.پی بطور موفقیت آمیزی رویه به حداقل رسانی گشتاور جهت بهینه سازی مسیر بازوها یا انبرکهای ماشینی (مانیپولاتورها) مصنوعی را دنبال نموده است.

در این مقاله، بهینه سازی ژنی جهت یافتن زاویه های اتصال بهینه برای سیستم های رباتیک درجه آزادی چهارگانه مدنظر قرار گرفته اند. تابع هزینه در الگوریتم ژنی همانگونه که در این مورد پیاده شده است مشتمل بر سه ویژگی حرکت مفصلی/مشترک، اصطکاک و زمان استقرار حداقل می‌باشد. در هر زمان مقادیر این سه ویژگی با توجه به منطق فازی مدنظر خواهند بود. در مورد هزینه تابع وزن‌های این سه ویژگی را می‌توان از طریق منطق فازی مشخص نمود. مدل های منطق فازی برای این سه ویژگی توسعه یافته و ورودی و مقادیر وزنی آن نیز با توجه به این سه ویژگی در تابع هزینه به عنوان سه برون داد مشخص مدنظر خواهند بود.

رباتیک چهار درجه آزادی فازی ژنتیکی

۲- سیستم های رباتیک

سیستم های رباتیک بواسطه درجه آزادی آنها (DOF) توصیف می‌شوند. یک سیستم رباتیک بسیار ساده ممکن است دارای دو درجه آزادی باشد، در حالیکه یک سیستم رباتیک پیچیده از چندین درجه آزادی برخوردار خواهد بود. حرکت بازویی رباتیک تحت تأثیر حرکت مفصلی/مشترک، اصطکاک و زمان تثبیت یا استقرار خواهد بود.

حرکت بازوی رباتیک وابسته به تحرک زاویه ای مفصل خواهد بود. حرکت مفصلی تعیین کننده توان مورد نیاز می‌باشد. این حرکت می‌بایست به گونه ای تعدیل و تنظیم شود تا آنکه بتواند در محدوده توان موجود در سیستم رباتیک به کار پردازد.

اصطکاک نیز از جمله پارامترهایی می‌باشد که می‌بایست آن را در ارتباط با حرکت بازوی رباتیک مدنظر قرار داد. حرکت واقعی بازوی زاویه ای تحت عنوان حرکت زاویه ای تئوریکی تعریف می‌شود که  بر مبنای کنترلر منهای اتلاف تحرک بواسطه اصطکاک بدست می‌آید.

زمان استقرار یکی از مهم ترین عوامل برای هر یک از سیستم ها در زمان واقعی می‌باشد. چنین پارامتری به واکنش گذرا اشاره دارد، که شامل نوسانات برای یک تغییر محرز شده در ورودی یا تابع مرحله می‌باشد. ربات های دارای سرعت بالا می‌بایست از حداقل زمان استقرار برخوردار باشند تا آنکه از نوسانات فیزیکی حداقل در زمان حرکت بازوی رباتیک بهره‌مند باشند.

رباتیک چهار درجه آزادی فازی ژنتیکی

۳- مدل ریاضی برای ۴ درجه آزادی (۴ DOF) سیستم رباتیک

در ۴ درجه آزادی بازوی رباتیک معادلات سینماتیک معکوس به شرح ذیل با توجه به شکل ۱ برای ۴ درجه وابسته به انبرک ربات مشخص می‌باشند:

انبرک ربات دارای ۴ درجه آزادی خواهد بود : مفصل ۱ (J₁) که اجازه حرکت در امتداد محور – z را خواهد داد، مفصل ۲ که اجازه حرکت در امتداد محور که به صورت عمود عمود با محور z می‌باشد را می‌دهد، مفصل ۳ به عنوان یک مفصل خطی خواهد بود که قابلیت لغزش حول یک زاویه خاص را خواهد داشت و مفصل ۴ که اجازه چرخش در امتداد یک محور که موازی با مفصل محور۲ می‌باشد را می‌دهد. حرکت در امتداد مفصل ۱ تا حرکت ، زاویه چرخش مفصل۲، زاویه ارتفاع ، طول مفصل خطی ۳، انبساط L (L معرف ترکیب لینک ۲ و ۳ می‌باشد) و زاویه مفصل ۴ که تراز با محور x و y خواهد بود، زاویه گام. با دانستن طول های پیوند بازوی  ، برای موقعیت ما مقادیر زوایای اتصال/پیوند   و را محاسبه می‌کنیم.

رباتیک چهار درجه آزادی فازی ژنتیکی

۴- فرمولاسیون مشکل

در انبرک ربات هرگونه بی دقتی در مدلسازی ریاضی باعث خواهد شد تا فرایند بهینه سازی ریاضی با مشکل روبرو شود. بعلاوه، با توجه به آنکه پیکر بندی ربات تغییر می‌کند، این بهینه سازی می‌بایست قابلیت تعریف مجدد را نیز داشته باشد. در اینجا در تحقیق جاری، الگوریتم های ژنی جهت جستجوی جابه جایی زاویه ای بهینه بازوهای ربات در فلوچارت شکل ۲ نشان داده شده‌اند.

الگوریتم ژنی برای تولید جمعیت کروموزوم ها با داشتن مقادیر بهینه شده.

[Start] تولید جمعیت تصادفی تعداد n کروموزوم ( مناسب برای راه حل های این مشکل).

[Fitness]  ارزیابی برازندگی (f(x هر کروموزوم x در جمعیت.

[New population] ایجاد یک جمعیت جدید از طریق تکرار مراحل ذیل تا آنکه این جمعیت جدید تکمیل شود.

1. Selection انتخاب دو کروموزوم والد از یک جمعیت بر مبنای برازندگی آنها (هرچه میزان برازندگی بهتر باشد، احتمال انتخاب فرصت های بزرگتر نیز بیشتر خواهدبود).

2. Crossover. با احتمال متقاطع، عبور از والدها جهت تشکیل نسل(ولد های ) جدید. در صورتی که هیچگونه کراس‌اوری حاصل نشود، نسل بعدی دقیقاً همانند والدهای خود خواهند بود.

3. Mutation. با یک احتمال جهش، تغییر هر ولد به موقعیت خود( موقعیت در کروموزوم).

4. Accepting قرار دادن نسل جدید با توجه به جمعیت جدید.

…

رباتیک چهار درجه آزادی فازی ژنتیکی

۵- شبیه سازی و تست

۴ درجه آزادی

حداکثر دسترسی بازوی ربات : ۹۱۵ میلی متر،

طول اولین لینک (l1) : 305 میلی متر،

طول دومین لینک (L) : 434 میلی متر

طول سومین لینک (۱۴): ۵۱ میلی متر

مبدأ مرجع

مختصات نقطه (O) : (0،۰،۰)

مختصات نقطه مقصد (P): (x, y, z)

x: 406 mm ، y: 127 mm، z: 533 mm

…

رباتیک چهار درجه آزادی فازی ژنتیکی

۶- نتایج و مباحث

یک روش بهینه سازی بر مبنای الگوریتم های ژنی و منطق فازی پیشنهاد شده است. در الگوریتم‌های ژنی توسعه یافته، به منظور حاصل آوردن جایگزین های زاویه بهینه برای بازوهای رباتیک در کل قطعه کاری، رویه به کار گیری عناصر سرآمد از نسل قبلی به نسل بعد اعمال گردید. شکل ۳ نشان دهنده برازندگی درصدی در برابر نمودار نسل برای سیستم های ۴ DOF می‌باشد.

شکل ۴ نشان دهنده همگرایی بهترین هر نسل برای سیستم رباتیک می‌باشد. این موضوع را می‌توان مشاهده نمود که یک همگرایی سریع بین بیست نسل حاصل می‌شود تا آنکه یک را حل تقریباً کامل حاصل آید. همانند مورد مرتبط با الگوریتم ژنی تنها، همگرایی سریع در محدوده کاربرد چهل نسل حاصل خواهد شد. این عملکرد به صورت بهینه برای کلیه مقادیر محتمل ورودی به عنوان تابع ارتقاء مشخص می‌شود که بصورت جامع اقدام به تست فضاهای احتمالی ورودی می‌نماید.

این نتیجه را می‌توان حاصل آورد که GA و FL را می‌توان به عنوان راه کارهای عملی و مؤثر جهت حاصل آوردن رویه های جایگزینی زاویه ای بازوی رباتیک مدنظر قرار داد.