کنترل دینامیکی ربات دو پا با استفاده از سیستم کنترل فازی

در این پایان نامه یک مدل ریاضی دو بعدی ربات دو پای پنج اتصال مورد مطالعه قرار گرفته است. از نرم افزار متلب برای طراحی سیستم کنترل کننده‌ی فازی به منظور کنترل زوایای نیم تنه‌ی بالا، ساق‌ها و ران‌های ربات دو پایی که در دانشگاه هلسینکی طراحی و مدل سازی گردیده و همچنین به وسیله ی سیستم کنترل کننده ی PD در آنجا کنترل شده است، استفاده شده است.استفاده از سیستم کنترل کننده ی PD از پیچیدگی زیادی برخوردار است چرا که برای کنترل چهار زاویه به چهار کنترل کننده در هر یک از چهار فاز حرکتی احتیاج است. بنابر این در سیستم کنترل PD در کل به شانزده کنترل کننده احتیاج خواهد بود. با استفاده از سیگنال خطا و تغییر در خطا و همچنین سیگنال های کنترل ناشی از سیستم PD  متناظر آنها قوانین فازی  بدست می آیند  و تعداد کنترل کننده ها از شانزده کنترل کننده ی PD به چهار کنترل کننده ی فازی کاهش می یابند. سیستم کنترل کننده ی فازی به کار برده شده به دلیل احتیاج نداشتن به اطلاعات فاز حرکتی ربات نیز ساده‌تر از PD خواهد بود. ارتباط بین قوانین فازی و عملکرد کنترل کننده ی فازی در اینجا مورد بررسی قرار می‌گیرد و همچنین تاثیر اضافه کردن گین در خروجی بررسی می گردد.

 واژگان کلیدی: ربات دوپا، کنترل دینامیکی، قوانین فازی، کنترل کننده PD

فهرست مطالب

چکیده 1

فصل اول: کلیات تحقیق 

1-1- مقدمه 3

1-2- مدل ساده ربات دو پای پنج اتصال. 4

1-3- کنترل کننده ی منطق فازی. 5

1-4- بیان مسأله 6

1-5- هدف از این مطالعه 6

1-6- گستره کار 6

1-7- نمای کلی از پایان نامه 7

فصل دوم: مروری بر ادبیات و پیشینه تحقیق 

2-1- گسترش در سال 1980. 9

2-2- پیشرفت در سال 1990. 9

2-3- تحرک ربات دو پا بر روی سطوح کمتر ساخت یافته 10

2-4- تعادل دینامیکی ربات دو پا با استفاده از عوامل یادگیری تقویت فازی. 10

2-5- ابزار شبیه سازی از مدل راه رفتن ربات دو پا 10

2-6- کنترل پویا و پیوندی ربات دو پا در ناحیه پشتیبانی. 11

2-7- درک تجربی راه رفتن دینامیکی ربات دو پای شبیه انسانKHR-2  با استفاده از بازخورد نقطه ای صفر و مقیاس اینرسی. 11

2-8- بهینه سازی شیوه راه رفتن ربات دو پا توسط ترکیب دینامیکی مطلق. 12

فصل سوم: روش شناسی تحقیق

3-1- مقدمه 14

3-2- دینامیک ربات دوپا 16

3-3- نیروهای ناشی از برخورد با زمین. 20

3-4- محدودیت زاویه ی زانو. 21

3-5- مدل بلوک های مطلب با استفاده از کنترل فازی. 22

3-5-1 بلوک مرجع. 22

3-5-2  بلوک سیگنال های خطا 26

3-5-3 بلوک کنترل کننده ی فازی. 27

3-5-4 تبدیل به بلوک گشتاور 28

3-5-5 بلوک مدل دو پا 28

3-5-5-1 بلوک مدل دینامیکی. 31

3-5-5-2 بلوک تماس با زمین. 33

3-5-5-3 بلوک ایستاگر زانو. 33

3-6- خلاصه ی فصل. 34

فصل چهارم: تجزیه و تحلیل یافته های تحقیق

4-1- مقدمه 36

4-2- ویرایشگر توابع عضویت.. 42

4-3- شبیه سازی از  woutgain.mdl 50

4-4- گسترش قوانین فازی. 54

4-5- شبیه سازی woutgain.mdl با استفاده از فایل FIS جدید. 64

4-6- اضافه کردن بهره و شبیه سازی. 67

4-7- خلاصه فصل. 72

فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات

5-1- نتیجه گیری. 74

5-2- توصیه ها برای کارهای آینده 75

منابع و مآخذ. 76

فهرست منابع انگلیسی. 76

پیوست.. 78

چکیده انگلیسی. 81

فهرست جداول

جدول 3-1: مشخصات پارامتر های بلوک مدل ربات دو پا 29

جدول 4-1: قوانین فازی برای کنترل کننده هایΔβ  و γ_L و γ_R. 37

جدول 4-2: قوانین فازی برای کنترل کننده α. 41

جدول 4-3: قوانین فازی برای کنترل کننده هایΔβ  و γ_L و_R γ. 54

جدول 4-4: قوانین فازی برای کنترل کننده α. 54

فهرست شکل ها

شکل 1-1: مدل دینامیکی ربات دوپا با پنج درجه آزادی.. 4

شکل 1-2: ساختار کنترل کننده فازی.. 5

شکل 3-1: مراحل پروژه 15

شکل 3-2: FIS Editor 16

شکل 3-3: (الف)مدل ربات دوپا و مقادیر ثابت. (ب) نیرو های خارجی.. 17

شکل 3-4: نوک پای ربات دوپا با زمین در نقطه ی(x₀΄,0)  برخورد می کند (خاکستری). 20

شکل 3-5: مدل ربات دوپا  پنج اتصال با استفاده از کنترلر فازی MATLAB.. 22

شکل 3-6- الف: سیگنال مرجع برای α. 23

شکل 3-6- ب: سیگنال مرجع برای Δβ. 23

شکل 3-6- ج: سیگنال مرجع برای     γ_L. 24

شکل 3-7: مدل داخلی سیگنال های خطا 25

شکل 3-8: مدل داخلی کنترل کننده های فازی.. 26

شکل 3-9: مدل داخلی تبدیل به گشتاور. 27

شکل 3-10: بلوک مدل دو پا و پارامتر های کادر محاوره ای.. 28

شکل 3-11: مدل داخلی بلوک ربات دو پا 30

شکل 3-12: مدل داخلی بلوک مدل دینامیکی ربات دوپا 31

شکل 3-13: بلوک مدل داخلی ماتریس های A و b. 31

شکل 3-14: مدل داخلی بلوک تماس با زمین.. 32

شکل 3-15: مدل داخلی بلوک ایستاگر زانو. 33

شکل 4-1: تغییر در خطا  و سیگنال کنترل Δβ. 36

شکل 4-2: خطا، تغییرات در خطا و سیگنال های کنترل γ_L. 38

شکل 4-3: خطا، تغییرات در خظا وسیگنال کنترل γ_R. 39

شکل 4-4: تغییرات در خظا وسیگنال کنترل α. 40

شکل 4-5: پنجره ی اصلی fis flie 123fuz3. 42

شکل 4-6: تابع عضویت ویرایشگر error1. 42

شکل 4-7: تابع عضویت ویرایشگر Derror1. 43

شکل 4-8: تابع عضویت ویرایشگر control1. 43

شکل 4-9: پنجره ی ویرایشگر قوانین برای 123fuz3. 44

شکل 4-10: پنجره ی نشان دهنده ی قوانین برای 123fuzz3. 44

شکل 4-11: پنجره ی نشان دهنده ی سطح برای 123fuzz3. 45

شکل 4-12: پنجره ی اصلی fis flie 123fuz3. 45

شکل 4-13: ویرایشگر عضویت error4. 46

شکل 4-14: ویرایشگر تابع عضویت Derror4. 46

شکل 4-15: ویرایشگر تابع عضویت control4. 47

شکل 4-16: پنجره ی ویرایش قوانین برای 4fuzz3. 47

شکل 4-17: پنجره ی نشان دهنده ی قوانین برای 4fuzz3. 48

شکل 4-18: پنجره ی نشان دهنده ی سطح برای 4fuzz3. 48

شکل 4-19: مدل متلب برای woutgain.mdl 49

شکل 4-20: رنگ سبز برای خروجی PD، رنگ بنفش برای خروجی فازی و رنگ زرد سیگنال مرجع α  50

شکل 4-21: رنگ سبز برای خروجی PD، رنگ بنفش برای خروجی فازی و رنگ زرد سیگنال مرجعΔβ  51

شکل 4-22: رنگ سبز برای خروجی PD، رنگ بنفش برای خروجی فازی و رنگ زرد سیگنال مرجع γ_L  52

شکل 4-23: رنگ سبز برای خروجی PD، رنگ بنفش برای خروجی فازی و رنگ زرد سیگنال مرجع γ_r 53

شکل 4-24: پنجره ی اصلی FIS file 123fuzz5. 55

شکل 4-25: ویرایشگر تابع عضویت Error1. 56

شکل 4-26: ویرایشگر تابع عضویت Derror1. 56

شکل 4-27: ویرایشگر تابع عضویت control1. 57

شکل 4-28: پنجره ی ویرایشگر قوانین برای 123fuzz5. 57

شکل 4-29: پنجره ی نمایشگر قوانین برای 123fuzz5. 58

شکل 4-30: پنجره ی نمایشگر سطح برای 123fuzz5. 58

شکل 4-31: پنجره ی اصلی FIS file 4fuzz5. 59

شکل 4-32: ویرایشگر تابع عضویت Error4. 59

شکل 4-33: ویرایشگر  تابع عضویت Derror4. 60

شکل 4-34: ویرایشگر  تابع عضویت control4. 60

شکل 4-35: پنجره ی ویرایشگر قوانین برای 4fuzz5. 61

شکل 4-36: پنجره ی ویرایشگر قوانین برای 4fuzz5. 61

شکل 4-37: پنجره ی  نمایشگر سطح برای 4fuzz5. 62

شکل 4-38: رنگ سبز برای خروجی PD، رنگ بنفش برای خروجی فازی و رنگ زرد سیگنال مرجع α  63

شکل 4-39: رنگ سبز برای خروجی PD، رنگ بنفش برای خروجی فازی و رنگ زرد سیگنال مرجع Δβ  64

شکل 4-40: رنگ سبز  برای خروجی PD، رنگ بنفش برای خروجی فازی و رنگ زرد سیگنال مرجع γ_L  65

شکل 4-41: رنگ سبز برای خروجی PD، رنگ بنفش برای خروجی فازی و رنگ زرد سیگنال مرجع γ_R  65

شکل 4-42: مدل داخلی کنترل کننده ی فازی بعد از اضافه کردن بهره ها 66

شکل 4-43: رنگ سبز برای خروجی PD، رنگ بنفش برای خروجی فازی و رنگ زرد سیگنال مرجع α  67

شکل 4-44: رنگ سبز برای خروجی PD، رنگ بنفش برای خروجی فازی و رنگ زرد سیگنال مرجع     68

شکل 4-45: رنگ سبز برای خروجی PD، رنگ بنفش برای خروجی فازی و رنگ زرد سیگنال مرجع γ_L  69

شکل 4-46: رنگ سبز برای خروجی PD، رنگ بنفش برای خروجی فازی و رنگ زرد سیگنال مرجع γ_R  70

شکل 4-47: رنگ سبز برای خروجی PD، رنگ بنفش برای خروجی فازی و رنگ زرد سیگنال مرجع به ترتیب برای α ،Δβ ، γ_Lو γ_R. 71