دانلود مقاله ربات خط یاب با کنترل فازی

مقدمه

قرن بیست و یکم، سن کودکی علم انسان است که در پی عصر انقلاب صنعتی و سیستمهای بزرگ مکانیکی، عصر بخار و عصر جمع آوری، پردازش و توزیع اطلاعات که به ترتیب در قرون هجدهم، نوزدهم و بیستم شکوفا شدند، آمده است. قرن بیست و یکم، عصر تکنولوژی اطلاعات و سیستمهای هوشمند است. مادر تمام این علوم، قویترین نیروی خلقت یعنی قوۀ تخیل انسان می باشد. انسان برای دستیابی آسانتر به آرزوها و خواسته هایش و به عبارتی، خواسته یا ناخواسته به منظور پیشرفت و تکامل خویش، همواره در تخیلاتش، به دنبال استفاده از ماشینهایی جهت برآورده کردن نیازهای خود بوده است که نمونه های بارز آن را در بسیاری از نوشته ها و فیلمهای علمی و تخیلی می توان دید. در این بین نویسندگانی چون «هوگو گرنسبک» و «ایزاک آسیموف» بررسیهای زیادی را در زمینۀ ماشینهای اتوماتیک ، هوش مصنوعی و رباتها انجام داده اند. به ویژه آثار «هوگو گرنسبک» که در بسیاری از داستانهای خود مفاهیم الکترونیک را بکار برده است.

هرچند کلمۀ «ربات» اولین بار در سال ۱۹۲۱ توسط رمان نویسی اهل چکسلواکی بنام «کارل کاپک» در یکی از کتابهایش بکار رفت، ولی منشأ علم رباتیک را بایستی در زمان یونان باستان دانست، آن زمانی که اولین مجسمه های متحرک ساخته شدند.

«کارل کاپک» در کتا ب خود خدمتگزاران مکانیکی را به نمایش در آورد که قادر بودند کلیۀ کارهای یک انسان را انجام دهند. در واقع «ربات» معادل کلمۀ «کارگر» در زبان چک و به معنی «برده» می باشد. از آن زمان تا کنون ربات را به عنوان موجودی مکانیکی که توانایی انجام بعضی از کارها یا حداقل تقلید یکی از رفتارهای انسان را دارد، می شناسند.
نمونه هایی از رباتها را از ابتدا تا کنون به شرح زیر مرور می کنیم:

سال ۲۷۰ پیش از میلاد، مهندسی یونانی بنام «کرسیباس» بوسیلۀ قطعات متحرک ، ارگ های بادی و ساعتهای آبی را ساخت. در قرن اول پیش از میلاد،«هرو دی الکسندریا» آزمایشاتی را با پرنده های مکانیکی طراحی و به مرحله اجرا در آورد. در سال ۷۷۰ میلادی، ساعتسازی سوئیسی بنام «پیر جاکت دروز» سه آدمک مکانیکی ساخت که قادر به نواختن موسیقی با استفاده از ارگ، کشیدن اشکال ساده و نگارش بودند. یکی از معروف ترین فیزیکدانان بنام «نیکلا تسلا» نیز در این زمینه اثری مهم از خود به جای گذاشت، یک زیردریایی مجهز به کنترل رادیویی.

امروزه ربات را سیستمی مکاترونیکی، مطیع و فاقد شخصیت که در دو نوع «هوشمند» و «غیر هوشمند» (فرمان پذیر از انسان) قابل ساخت است، تعریف می کنند.
در طول دو دهۀ اخیر از به هم پیوستن علوم مهندسی الکترونیک، برق، کنترل و کامپیوتر با مهندسی مکانیک جهت طراحی و ساخت سیستمهای پیشرفته و پیچیدۀ هوشمند و مدرن، زمینۀ جدیدی در مراکز آموزشی و پژوهشی کشورهای مختلف دنیا بخصوص در آمریکا، اروپا و ژاپن بوجود آمده است. واژۀ مکاترونیک جهت هرچه بهتر معرفی کردن این زمینۀ چند تخصصی انتخاب گردیده و بطور چشمگیری این واژه مورد قبول مراکز علمی و صنعتی قرار گرفته است. سالانه همایشهای علمی متعددی هم با این نام جهت ارائه مقالات علمی در سرتاسر دنیا تشکیل می گردد. از جمله کاربردهای آن نیز می توان به مصارف صنعتی، پزشکی، نظامی، خانگی و … اشاره کرد.

یک سیستم مکاترونیکی در واقع متشکل از سیستمهای مختلفی است که عامل اصلی آن حرکت در یک یا چند قسمت از آن سیستم بوده و استفاده از سنسورهای دقیق هوشمند جهت اندازه گیری پارامترهای مختلف و استفاده از الگوریتمهای هوشمند کامپیوتری جهت اعمال فرامین کنترلی به قسمتهای عمل کننده نیز جزء احتیاجات اصلی هرسیستم مکاترونیکی هستند.

از آنجا که به هنگام مطالعۀ کاربردها و مدارات مربوط به مکاترونیک و رباتیک، در بسیاری از موارد این دو مبحث در کنار هم قرار می گیرند، بنابراین دارای نکات مشترک زیادی نیز می باشند. این امر به این دلیل است که به هنگام تحلیل و بررسی بسیاری از واحدهای درسی علم مکاترونیک، مشاهده می کنیم که این مباحث، عملکرد و ساختمان رباتها را تحت پوشش قرار می دهند. از طرفی دیگر واحدهای درسی رباتیک نیز با ساختمان دستگاهها و وسایلی سروکار دارند که ترکیبی از مکانیک و الکترونیک و البته در سطوح پیشرفتۀ آن هوش مصنوعی می باشند. اغلب طرحهای مربوط به رباتیک و مکاترونیک مدرن درجه ای از هوشمندی را شامل می شوند. و در آخر اینکه رباتیک تنها، شاخه ای از مکاترونیک می باشد.

امروزه استفاده از تکنولوژی ربات در زمینه‌های مختلف صنعت و اتوماسیون، افزایش چشمگیری یافته است. یکی از شاخه‌های این تکنولوژی، رباتهای متحرک می باشد که در صنایع هواپیماسازی و خودروسازی، ساخت وسایل الکترونیکی و لوازم خانگی و… کاربرد وسیعی پیدا کرده است. در واقع اولین نسل رباتهای واقعی نیز، رباتهای صنعتی می باشند که به عنوان ماشینهای کاربردی سازنده وسایل، که وظیفۀ انجام کارهای خطرناک، تکراری و خسته کننده را به عهده دارند، به دنیای مدرن ما وارد شدند. افزایش استفاده از رباتهای متحرک، به همراه نیاز به دقت عملکرد بالای آن‌ها موجب شده است تا مسئلۀ طراحی کنترل‌کننده های این سیستمها از اهمیت بالایی برخوردار شود. نسلهای برتر اینگونه رباتها را در انواع هوشمند آنها می توان یافت که بعضی از آنها عبارتند از رباتهای جنگجو، انسان نما، صخره نورد، مین یاب، امدادگر، خط یاب، نقاش، ماوز (لابیرنت )، خدمتکار، فوتبالیست.

در این پایان‌نامه سعی بر آن است که طراحی و ساخت ربات خط یاب را که یکی از رباتهای کلاسیک در نسل جدید می باشد، با یکی از جدید ترین و بهترین روشهای کنترلی شناخته شده و به ساده ترین نحو آموزش دهیم. بدین منظور سطح متوسطی از دانش روز در ارتباط با مدارهای الکترونیکی، طراحی و پیاده سازی آنها، همچنین دربارۀ میکروکنترلرها و برنامه نویسی آنها الزامی است. لذا آگاهی از نحوۀ کار میکروکنترلرهای AVR، سنسورهای مادون قرمز(IR) و بایاسینگ آنها، مقایسه کننده های آنالوگ، استپ موتور و درایو(راه اندازی) آنها وهمچنین مهارت در برنامه نویسی به زبان C توصیه می شود.

روش کنترلی بکار رفته در این ربات، کنترل فازی می باشد که سعی بر آن است تا در این پروژه هرچند ساده ولی در حد نیاز، آن را آموزش دهیم. لذا در این باره نیازی به دانش قبلی نیست و جهت یادگیری آن تنها به فصل چهارم این پروژه بسنده می کنیم.

ابتدا قوانین و کلیاتی پیرامون مسابقات رباتهای خط یاب را مورد بررسی قرار داده و سپس اشاره‌ای به تاریخچۀ پیدایش مجموعه‌های فازی و منطق فازی خواهیم داشت؛ بعد از مطرح نمودن مقدمات منطق فازی، جهت تشریح و آشنایی با بخشهای مختلف علم مکاترونیک و رباتیک طی فصلهایی متوالی به توضیح بخشهای مختلف تشکیل دهندۀ این علم نوین می پردازیم. عمده بحث و تمرکز این پایان نامه حول معرفی و ساخت ربات خط یابی است که هدایت آن تماما ً به صورت هوشمند و با کنترل فازی صورت گرفته است.

79 صفحه فایل ورد قابل ویرایش

به همراه دیتاشیت و شماتیک

فهرست مطالب:

    مقدمه..............................................6

1      قوانین مسابقه....................................9
1-1   مسابقات سال 2005.............................................9
2-1   تعریف............................................................10
3-1   مشخصه های طراحی.........................................10
4-1   میدان مسابقه.....................................................10
5-1   امتیازدهی........................................................11

2      منطق فازی....................................12
1-2   مجموعه های فازی............................................13
2-2   متغیرهای زبانی................................................14
3-2   استدلال و استنتاج تقریبی.....................................14

3      الکترونیک ربات.............................16
1-3   شماتیک مدار...................................................16
2-3   تغذیه ربات......................................................20
3-3   بینایی ربات.....................................................22
4-3   مغز ربات.......................................................25
5-3   واسط برنامه ریزی............................................35
3-6   حرکت ربات....................................................36
3-7   قطعات بکار رفته در مدار ربات هوشمند.................41

4      کنترل...........................................42
1-4   روشهای غیرکلاسیک کنترل................................43
2-4   کنترل کننده های فازی........................................44
3-4   کنترل کننده های عصبی.....................................51
4-4   کنترل کننده های فازی-عصبی.............................52
5-4   کنترل فازی استفاده شده در ربات هوشمند...............54

5      هوشمندی و کامپیوتر........................57
1-5   فلوچارت برنامه................................................58
2-5   برنامه ربات هوشمند به زبان C++.......................64
5-3   برنامه ریزی میکروکنترلر..................................72

6      مکانیک ربات.................................73

فهرست منابع کتاب شناختی
قدر دانی

1      
انواع مسیرهای مسابقۀ ربات خط یاب........................12
جدول امتیازات مسابقۀ ربات خط یاب........................12
2    .........................................................

3    
مدار میکرو، استپ موتورها و درایورهایشان...............18
مدار مقایسه کننده ها و سنسورها...............................19
مدار LEDها.......................................................19
مدار بایاسینگ سنسورهای مادون قرمز......................20
شماتیک کلی مدار.................................................20
رگولاتور و مدار آن..............................................22
مدار داخلی مقایسه کنندۀ LM324............................24
ساختار و موقعیت پایه های سنسور JK15013............25
انواع میکروکنترلرهای AVR بر حسب پسوند............27
ولتاژهای عملیاتی و فرکانسهای کاری میکروکنترلر سری ATmega32...........................................................29
فیوزبیتهای میکروکنترلر سری ATmega32.............30
انواع بسته بندیهای میکروکنترلر سری ATmega32...31
معرفی پورتهای I/O میکروکنترلر سری ATmega32 ...
.......................................................................33
مشخصۀ بعضی از انواع استپ موتورها....................37
مدار داخلی درایور ULN2003..............................39
نمایش سیمپیچهای استاتور در یک موتور پله ای 4 فاز...40
راه اندازی استپ موتور به روش تک فاز...................40
راه اندازی استپ موتور به روش دو فاز.....................41
راه اندازی استپ موتور به روش Half-Step..............41
4    
نمونۀ یک تابع گوسی.............................................49
دیاگرام بلوکی یک سیستم کنترل کنندۀ فازی.................51
دیاگرام کلی یک سیستم کنترلی فازی-عصبی...............54
انواع حالاتی که ربات خط یاب می تواند روی خط قرار گیرد.......................................................................55
فضای ورودی و توابع عضویت ربات هوشمند فازی.....55
فضای خروجی ربات هوشمند فازی..........................56
خروجی های ربات هوشمند فازی.............................57
5    
فلوچارت اصلی برنامۀ ربات خط یاب هوشمند..............60
فلوچارت بخش ورودی و تعیین سرعت در ربات خط یاب هوشمند....................................................................61
فلوچارت تعیین زمان تأخیر بین استپها و تعیین جهت چرخش موتورها........................................................62
فلوچارت تصمیم گیری در زمان ندیدن خط..................63
فلوچارت فرمان حرکت ربات..................................64
6    ........................................................

تحقیق در مورد روبات

لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*
فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)
تعداد صفحه: 78
فهرست مطالب:

1-1-مقدمه :

کار برد روبات در صنعت

ساختمان روبات

1-2 – مقدمه :

2-2 سیستمهای روبات صنعتی :

مجموعه اندامهای مکانیکی :

سیستم نیروی محرکه یا کار انداز :

( I ) – سیستم بادی یا پنوماتیک :

(I I ) – سیستم روغنی یا هیدرولیک :

(I I I) – سیستم برقی :

الف – موتورهای پله ای :

ب : موتورهای سرو یا خود تنظیم : (Servo) :

1-2 : مقایسه نیروی محرکه روبات

3ـ سیستم انتقال نیرو :

سنسور یا سیستم حسی :

دستگاه کنترلر و با کامپیوتر روبات :

3-2- پیکره روبات :   

کنترل نقطه به نقطه متوالی : کنترل نقطه به نقطه نا هماهنگ : کنترل نقطه به نقطه هماهنگ نهایی:

نحوة کنترل روبات

1-3– مقدمه :

 2-3– کنترل غیر قابل بازخور یا فید بک :

الف – کنترل ایست مکانیکی :

ب – کنترل نقطه به نقطه :

3-3– کنترل خود تنظیم یا سرو کنترل :

1-3-3- کنترل نقطه به نقطه :

راههای مختلف برنامه ریزی

1-4 – مقدمه :

2-4 – روشهای مختلف برنامه ریزی روبات 

(I)- برنامه ریزی دستی :

(II)- برنامه ریزی هدایت مستقیم :

(III)- برنامه ریزی مسیر حرکت روبات  :

(IV)- برنامه ریزی روبات خارج از خط تولید :

3-4 – مشکلات اصلی در  برنامه نویسی روبات  :

سنسورهای  روبات

1-5 – مقدمه :

2-5 – سنسورهای لامسه  :

1-2-5 – سنسورهای تماسی :

2-2-5 – سنسورهای لمس کننده  :

3-2-5 – سنسورهای لغزشی  :

3-5 – سنسورهای نزدیک شونده یا بدون برخورد  :

1-3-5 – سنسورهای اثر هال بدون برخورد  :

مسایل اقتصادی و مالی  روبات

1-6 – مقدمه :

2-6 – تعداد روباتها در کشورهای صنعتی  :

3-6 – توجه مالی سیستم روباتیک  :

(I)کارگر معمولی : 

 (II) سیستم اتوماسیون نرم :

(III) سیستم اتوماسیون سخت :

1-1-مقدمه :

کارهای دستی برای اکثر مردم می تواند رضایت بخش و برای بعضی هم لذّت بخش باشد ، ولی این رضایت و لذّت زمانی به پایان می رسد که اجرای کار به صورت عملی تکراری و یک محیط یکنواخت و دائمی به شیوة تکلیفی ساده و بدون هیچ گونه رقابت درآید .

وظیفه هایی که چنین ویژگیهایی دارد ، می تواند استفاده از دستگاههای مجهز به وسایل خودکار یا اتوماسیون را مد نظر قرار دهد . همچنین نیاز به تولید انبوه ، مرغوبیت کالا و کیفیت یکنواخت باعث شده که صنعت امروزه هر چه بیشتر خود را به سمت دستگاههای مجهز به وسایل خودکار کامپیوتری یا اتوماسیون کامپیوتری سوق دهد . در حال حاضـر اکثر خودکار سازهای مّولد طوری به وسیله ماشین و یا دستگاهها طراحی شده اند که بتوانند تعیین شدة قبلی را که در محیط تولیدی به دقت و فقط برای یک منظور ساخته شده است انجام دهند . تغییر ناپذیری و گرانی دستگاههایی که معمولاً به نام دستگاههای اتوماسیون سخت معروف اند ، باعث شده که روبات با داشتن قابلیت

تغییر پذیری در اجرای کار برای تولیدات متفاوت و ارزانتر در محیطهای مختلف به فراوانی در خطوط تولید به کار گرفته شود .

امروز می بینیم که در کشورهای پیشرفته صنعتی چگونه علم روباتیک در تکنولوژی وصنعت به طور وسیع گسترش یافته و همین امر باعث شده که این علم مورد تحقیق و بررسی بیشتری قرار گیرد و تکامل و پیشرفت زیادی در زمینه های مختلف روبات مانند حرکت شناسی یا سینماتیک ، دینامیک ، برنامه نویسی ، برنامه ریزی ، کنترل ، حس تشخیص و هوشمندی ماشین صورت گیرد.

آزادی حرکت و قابلیت تغییر پذیری روبات باعث گسترش استفادة علم و روباتیک شده است . امّا متأسفانه هنوز وقتی صحبت از طراحی و کاربرد روبات می شود ، معیاری که بتوان با آن کاربرد روبات را مورد سنجش قرار داد وجود ندارد ، غیر از خصوصیات مکانیکی مانند قابلیت تکرار کار یا حداکثر قدرت جا به جایی بار به وسیله روبات از دیگر ویژگیهای آن سرعت و شتابی است که روبات میتواند از خود ارائه دهد . با آگاهی از این نوع اطلاعات مکانیکی که تولید کنندة روبات در دسترس استفاده کننده گان قرار می دهد ، هنوز مشکل بتوان کیفیت کامل کاربرد یک روبات را معلوم کرد . چون روبات سیستمی است مرکب از یک تکنولوژی که دارای عامل مکانیک و کنترل است ، در نتیجه خصوصیات حرکت شناسی و دینامیک روبات باید به خوبی طراحی شوند که به سادگی قابل کنترل باشند . طبیعی است که روبات باید از نقطه نظر کنترل نیز مورد بررسی قرار گیرد . روباتهای صنعتی مختلفی وجود دارند که می توانند در خطوط تولید متفاوت مورد استفاده قرار گیرند . سازندگان روباتهای صنعتی در امر نامگذاری روباتها تا حدودی به تعریفهای مشترک دست یافته اند که می توان آنرا به صورت زیر دسته بندی کرد :

1- روبات با کمتر از 5 درجه آزادی – بهم پیوستن خودکار                           (Automation  Assembely )

2- روبات با 5 درجه آزادی   -  جا به جا کردن                                                    ( Pick and place )

3- روبات با بیشتر از 5 آزادی – کنترل مسیر و دقت ( Path & Precision control )                                            

همان طور که مشاهده می شود کاربرد و قابلیت روبات با درجه آزادی آن رابطه مستقیم دارد ( در فصلهای آینده در این باره بیشتر صحبت خواهیم کرد ).

ریشه واژه روبات از لغت روباتا که در زبان (( چک )) به معنی کار است گرفته شده است . انجمن روبات بریتانیا (( BRA  )) ربات را چنین تعریف می کند :

روبات دستگاهی است با قابلیت برنامه ریزی مجدد و طراحی ویژه که توانایی به حرکت در آوردن قطعه ، ابزار کار و یا ابزار خاص تولید را دارد تا طبق یک برنامه ریزی مشخص برای انجام کاری معین در رابطه با یک تولید خاص به کار گرفته شود.

تعریف دیگری از روبات که خیلی متداول است و امروزه کاربرد بیشتری دارد از طرف اینستیتو روبات آمریکا عنوان شده است :روبات بازوی مکانیکی با طراحی ای ویژه و قابلیت برنامه ریزی برای انجام کارهای متفاوت است که طبق برنامه ریزی مشخصی در یه حرکت در آوردن قطعه و ابزار کار و یا ابزار تولید برای انجام کار معینی مورد استفاده قرار می گیرد.

تعریف بازوی مکانیکی :

بازوی مکانیکی ماشینی است که عملکرد آن شبیه بازوی انسان است و در جا به جا کردن جسم و یا قطعه ای از یک نقطه به نقطة دیگر به کار گرفته می شود .

1 – اتو ماسیون سخت :

اتو ماسیونی است که با استفاده از سیستمهای الکتریکی ، الکترونیکی و یا مکانیکی انجام می گیرد.

2 – اتوماسیون نرم :

اتو ماسیون نرم آن است که در کنترل کردن آن از برنامه نویسی سطح بالا ، یا سطح پایین استفاده می شود .

جدول 1-1 مقایسه ای است بین اتوماسیون سخت ، اتوماسیون نرم و کار انسان .