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Engineering

मॉड्यूलर डिजाइन और एक बुद्धिमान रोबोट के उत्पादन पर आधारित एक बंद लूप नियंत्रण रणनीति

Published: October 14, 2017 doi: 10.3791/56422
Automatic Translation
1, 2, 2, 3, 4, 1, 5
1Institute of Software, Chinese Academy of Sciences, 2Hunan University, 3Fuyang Normal University, 4Anhui Normal University, 5University of Chinese Academy of Sciences

Summary

हम मॉड्यूलर डिजाइन और बुद्धिमान रोबोटों के उत्पादन पर एक प्रोटोकॉल वर्तमान विशेष उत्पादन कार्यों के साथ व्यक्तिगत जरूरतों और व्यक्तिगत डिजाइन के आधार पर वैज्ञानिक और तकनीकी कार्यकर्ताओं डिजाइन बुद्धिमान रोबोटों मदद करने के लिए ।

Abstract

बुद्धिमान रोबोटों रोबोट की एक नई पीढ़ी का हिस्सा है कि आसपास के वातावरण भावना, अपने कार्यों की योजना और अंततः अपने लक्ष्य तक पहुंचने में सक्षम हैं । हाल के वर्षों में, दोनों दैनिक जीवन और उद्योग में रोबोटों पर निर्भरता बढ़ गई है । इस पत्र में प्रस्तावित प्रोटोकॉल एक बुद्धिमान खोज एल्गोरिथ्म और एक स्वायत्त पहचान समारोह के साथ एक हैंडलिंग रोबोट के डिजाइन और उत्पादन का वर्णन करता है ।

सबसे पहले, विभिंन कार्य मॉड्यूल यांत्रिक काम मंच के निर्माण को पूरा करने के लिए इकट्ठे हुए है और रोबोट जोड़तोड़ की स्थापना । फिर, हम एक बंद लूप नियंत्रण प्रणाली और एक चार चक्रीय मोटर नियंत्रण रणनीति, सॉफ्टवेयर डिबगिंग की सहायता के साथ डिजाइन, के रूप में अच्छी तरह से सेट स्टीयरिंग गियर पहचान (आईडी), बॉड दर और अन्य काम कर रहे मापदंडों सुनिश्चित करें कि रोबोट वांछित गतिशील प्राप्त करने के लिए प्रदर्शन और कम ऊर्जा की खपत । अगले, हम संवेदक के लिए बहु-संवेदक संलयन को प्राप्त करने के लिए सही पर्यावरणीय जानकारी प्राप्त डीबग । अंत में, हम प्रासंगिक एल्गोरिथ्म को लागू है, जो किसी दिए गए आवेदन के लिए रोबोट समारोह की सफलता को पहचान सकते हैं ।

इस दृष्टिकोण का लाभ अपनी विश्वसनीयता और लचीलापन है, के रूप में उपयोगकर्ताओं को हार्डवेयर निर्माण कार्यक्रमों की एक किस्म विकसित करने और व्यापक डिबगर का उपयोग करने के लिए एक बुद्धिमान नियंत्रण रणनीति को लागू कर सकते हैं । यह उपयोगकर्ताओं को उच्च दक्षता और मजबूती के साथ उनकी आवश्यकताओं के आधार पर व्यक्तिगत आवश्यकताओं को निर्धारित करने की अनुमति देता है ।

Introduction

रोबोट जटिल, बुद्धिमान मशीनों है कि यांत्रिकी, इलेक्ट्रॉनिक्स, नियंत्रण, कंप्यूटर, सेंसर और कृत्रिम बुद्धि 1,2सहित कई विषयों, के ज्ञान का गठबंधन कर रहे हैं । तेजी से, रोबोट की सहायता कर रहे है या यहां तक कि कार्यस्थल में मनुष्यों की जगह, विशेष रूप से औद्योगिक उत्पादन में, लाभ रोबोटों दोहराए या खतरनाक कार्य प्रदर्शन में रखने के लिए कारण । वर्तमान अध्ययन में इंटेलिजेंट रोबोट प्रोटोकॉल के डिजाइन एक बंद लूप नियंत्रण रणनीति पर आधारित है, विशेष रूप से पथ की योजना बना एक आनुवंशिक एल्गोरिथ्म पर आधारित है । इसके अलावा, कार्यात्मक मॉड्यूल सख्ती3विभाजित किया गया है,4, जो भविष्य के अनुकूलन के काम के लिए एक ठोस आधार प्रदान कर सकते हैं, ताकि रोबोटों उंनयन के लिए एक मजबूत क्षमता है ।

रोबोट मंच के मॉड्यूलर कार्यांवयन मुख्य रूप से निंनलिखित तरीकों पर आधारित है: बहु आयामी संयोजन नियंत्रण रणनीति मोटर नियंत्रण मॉड्यूल में5,6, और बुद्धिमान एक आनुवंशिक एल्गोरिथ्म पर आधारित अन्वेषण ऑप्टिमाइज़ेशन एल्गोरिथ्म मॉड्यूल में है ।

हम मोटर नियंत्रण मॉड्यूल में डीसी मोटर और चार चक्रीय मोटर आपरेशन के डबल बंद लूप नियंत्रण का उपयोग करें । डबल बंद लूप गति नियंत्रण का मतलब है कि गति नियामक के उत्पादन वर्तमान नियामक के इनपुट के रूप में कार्य करता है, यह मोटर के वर्तमान और टोक़ को नियंत्रित करने के लिए अनुमति देता है । इस प्रणाली का लाभ यह है कि मोटर की टोक़ दी गई गति और वास्तविक गति के बीच अंतर के आधार पर वास्तविक समय में नियंत्रित किया जा सकता है । जब दिया और वास्तविक गति के बीच अंतर अपेक्षाकृत बड़ा है, मोटर टोक़ बढ़ जाती है और गति तेजी से संभव है, जो तेजी से गति विनियमन7के लिए बनाता है के रूप में दिए गए मूल्य की ओर मोटर गति ड्राइव करने के लिए बदल जाता है, 8 , 9. इसके विपरीत, जब गति अपेक्षाकृत दिए गए मूल्य के करीब है, यह स्वचालित रूप से अत्यधिक गति से बचने के लिए मोटर का टोक़ कम कर सकते हैं, गति दी मूल्य प्राप्त करने के लिए अपेक्षाकृत जल्दी से कोई त्रुटि6के साथ की अनुमति, 10. के बाद से बराबर बिजली के मौजूदा पाश के समय स्थिर अपेक्षाकृत छोटा है, चार चक्रीय मोटर11,12 और अधिक जल्दी से हस्तक्षेप के प्रभाव को दबाने के लिए जब प्रणाली के अधीन है जवाब कर सकते है बाहरी हस्तक्षेप । इससे सिस्टम की स्थिरता और एंटी-ठेला क्षमता में सुधार होता है ।

हम एक MATLAB में चलाने के अनुकरण के परिणामों के आधार पर उच्चतम दक्षता के साथ एक आनुवंशिक बुद्धिमान अनुकूलन एल्गोरिथ्म का चयन करें । एक आनुवंशिक एल्गोरिथ्म आनुवंशिकी में प्राकृतिक चयन के सिद्धांत पर आधारित एक stochastic समानांतर खोज एल्गोरिथ्म है । यह किसी भी प्रारंभिक जानकारी के अभाव में वैश्विक इष्टतम समाधान खोजने के लिए एक कुशल विधि का गठन किया । यह एक जनसंख्या के रूप में समस्या का समाधान सेट का संबंध है, जिससे सतत चयन, अंतरराष्ट्रीय, उत्परिवर्तन और अंय आनुवंशिक आपरेशनों के माध्यम से समाधान की गुणवत्ता में वृद्धि । बुद्धिमान रोबोटों द्वारा पथ की योजना के संबंध में, कठिनाई अपर्याप्त प्रारंभिक जानकारी, जटिल वातावरण और रैखिकता का एक परिणाम के रूप में उठता है । आनुवंशिक एल्गोरिदम बेहतर पथ नियोजन की समस्या को हल करने में सक्षम हैं, क्योंकि वे रेखीय समस्याओं को हल करने में वैश्विक अनुकूलन क्षमता, मजबूत अनुकूलता और मजबूती के अधिकारी हैं; समस्या पर कोई विशेष प्रतिबंध नहीं हैं; गणना प्रक्रिया सरल है; और खोज स्थान 13,14के लिए कोई विशेष आवश्यकताएं नहीं हैं ।

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Protocol

< p class = "jove_title" > 1. मशीन का निर्माण

  1. चेसिस इकट्ठा के रूप में सचित्र, उपयुक्त फास्टनरों का उपयोग यांत्रिक घटकों को सुरक्षित । (< सुदृढ वर्ग = "xfig" > चित्रा १ )
    नोट: चेसिस, जो baseboard, मोटर, पहियों, आदि शामिल है, अपनी गति के लिए जिंमेदार रोबोट के प्राथमिक घटक है । इस प्रकार, विधानसभा के दौरान, ब्रैकेट सीधे रखें.
  2. टिन तार सीसा और दोनों सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड । मिलाप दो तार मोटर के दो सिरों पर सुराग, सकारात्मक इलेक्ट्रोड के लिए लाल नेतृत्व को जोड़ने और नकारात्मक इलेक्ट्रोड के लिए काले नेतृत्व.
  3. शाफ्ट आस्तीन, मोटर्स और पहियों को इकट्ठा ।
    1. शाफ्ट आस्तीन को मोटर कनेक्ट और यह एक पेंच के साथ सुरक्षित ।
    2. पहिया हब के केंद्र में शाफ्ट आस्तीन डालें.
    3. चेसिस पर पूरा संरचना स्थापित करें ।
  4. ड्रिल दो छेद, व्यास में 3 मिमी, चेसिस के केंद्र में, मोटर ड्राइविंग मॉड्यूल की स्थापना के लिए अनुमति देने के लिए. मोटर ड्राइविंग मॉड्यूल करने के लिए मोटर कनेक्ट.
  5. ड्रिल एक छेद 1 सेमी तल पर अवरक्त सेंसर के लिए ब्रैकेट की स्थापना के लिए चेसिस के दोनों बाएँ और दाएँ किनारों से.
  6. चेसिस के दो पक्षों के केंद्र पर दो फास्टनरों स्थापित करें ।
    नोट: अवरक्त सेंसर के सामांय ऑपरेशन सुनिश्चित करने के लिए, यह सुनिश्चित करें कि जोड़ने टुकड़ा चेसिस के लिए सीधा है ।
  7. ड्रिल एक छेद, व्यास में 18 मिमी, सेंसर की स्थापना के लिए दो संरचनात्मक घटकों में से प्रत्येक के माध्यम से. (< सबल वर्ग = "xfig" > चित्रा 2a )
  8. चेसिस के नीचे करने के लिए मोटर ड्राइव स्थापित करें । (< सुदृढ वर्ग = "xfig" > चित्र बी ) चार दिशाओं में से प्रत्येक पर इशारा करते हुए एक अवरक्त सेंसर स्थापित करें, क्रमशः चेसिस की । (< सबल वर्ग = "xfig" > चित्रा 2c )
  9. समरूपता में स्टीयरिंग गियर स्थापित करें । क्योंकि बड़े टोक़ स्टीयरिंग गियर के संचालन द्वारा उत्पंन की, यह सुनिश्चित करें कि बोल्ट एक तरह से है कि एक फर्म और अभेद्य संयुक्त प्रदान करता है में स्थापित कर रहे हैं ।
  10. मशीन के केंद्र पर चार अवरक्त सेंसर स्थापित करें ।
  11. जगह मशीन के केंद्र में १४.८ वी बिजली की आपूर्ति, और Microcontroller इकाई (MCU) बैटरी पैक करने के लिए प्रत्यय ।
  12. मशीन के ऊपरी हिस्से में चार रेंज सेंसरों को चिपकाएं । प्रत्येक संवेदक और जमीन के बीच कोण समायोजित करने के लिए ६० & #176, कार्य तालिका के सापेक्ष पता लगाना सटीकता की गारंटी के लिए.
  13. दोहरे अक्ष झुकाव संवेदक, जो मामलों का पता लगाने के लिए जब मशीन कार्य क्षेत्र में अपने लक्ष्य तक पहुंचने में विफल रहता है का उपयोग किया जाता है स्थापित करें ।
  14. मशीन के सामने करने के लिए रोबोट हाथ संलग्न करने के लिए एक पेचकश का उपयोग करें । (< सबल वर्ग = "xfig" > चित्रा ३ )
< p class = "jove_title" > 2. स्टीयरिंग इंजन और चालक मॉड्यूल डिबगिंग

  1. डिबगिंग सॉफ़्टवेयर (उदा., रोबोट इमदादी Terminal2010) खोलने के लिए डबल-क्लिक करें । कंप्यूटर डीबग बोर्ड के साथ एक यूनिवर्सल सीरियल बस (USB) केबल कनवर्ट करने के लिए कनेक्ट करें । (< सुदृढ वर्ग = "xfig" > चित्रा ४ )
  2. सेट स्टीयरिंग इंजन & #39; एस बॉड दर करने के लिए ९६०० बिट्स/s, दर सीमा के लिए ५२१ रेड/मिनट, कोणीय सीमा ३०० & #176; और वोल्टेज सीमा ९.६ V करने के लिए कार्य इंटरफ़ेस में ।
  3. रोबोट स्टीयरिंग गियर के काम मोड सेट करने के लिए & #34; स्टीयरिंग इंजन मोड । & #34;
  4. नियंत्रक और स्टीयरिंग इंजिन के बीच कनेक्शन के रूप में एसिंक्रोनस अर्ध-डुप्लेक्स संचार लागू करें । इस तरह, नियंत्रक से अधिक २५५ स्टीयरिंग इंजिन एक एकल यूनिवर्सल एसिंक्रोनस रिसीवर/ट्रांसमीटर (UART) इंटरफ़ेस से नियंत्रित कर सकते हैं । (< सबल वर्ग = "xfig" > चित्रा ५ )
    चेतावनी: हो सकता है, सबसे कम, 6 स्टीयरिंग एक एकल तार से जुड़े इंजन । बहुत अधिक स्टीयरिंग इंजन overheating और बड़े वोल्टेज ड्रॉप करने के लिए नेतृत्व करेंगे, जैसे पुनः स्थापित करने और असामान्य डेटा संचार, आदि के रूप में असामांय व्यवहार में जिसके परिणामस्वरूप (< सबल वर्ग = "xfig" > चित्रा ६ )
  5. लागू एसिंक्रोनस आधा द्वैध नियंत्रक और मोटर ड्राइविंग मॉड्यूल के बीच कनेक्शन के रूप में संचार । (< सबल वर्ग = "xfig" > चित्रा ७ )
  6. दो ड्राइविंग मॉड्यूल और चार स्टीयरिंग इंजन की आईडी नंबर सेट । ID3 और ID4 भविष्य अद्यतन प्रयोजनों के लिए खाली छोड़ दिया जाता है । (< सुदृढ वर्ग = "xfig" > चित्रा ८ )
    नोट: ID1: बायी ड्राइविंग मॉड्यूल; आईडी2: rightward ड्राइविंग मॉड्यूल; ID5: वाम मोर्चा स्टीयरिंग इंजन; ID6: राइट-फ्रंट स्टीयरिंग इंजन; ID7: वाम रियर स्टीयरिंग इंजन; ID8: राइट-रियर स्टीयरिंग इंजन.
  7. झरना स्टीयरिंग इंजन एक के बाद एक और झरना नियंत्रक करने के लिए कनेक्ट ।
  8. उनके संबंधित नियंत्रक इंटरफेस करने के लिए सेंसर कनेक्ट । यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि सेंसर जिसका कनेक्टर एक त्रिकोणीय निशान भालू जमीन (GND) है.
    नोट: AD1: नीचे पर सामने अवरक्त photoelectric संवेदक; AD2: नीचे पर सही अवरक्त photoelectric संवेदक; AD3: नीचे पर रियर अवरक्त photoelectric संवेदक; AD4: नीचे पर छोड़ दिया अवरक्त संवेदक; AD5: सामने अवरक्त दूरी मापने सेंसर; AD6: सही अवरक्त दूरी मापने सेंसर; AD7: रियर अवरक्त मापने सेंसर; AD8: वाम अवरक्त दूरी मापने सेंसर; AD9: वाम मोर्चा विरोधी गिर अवरक्त photoelectric संवेदक; AD10: ठीक सामने विरोधी गिर अवरक्त photoelectric संवेदक; AD11: सही रियर विरोधी गिरावट अवरक्त photoelectric संवेदक; AD12: वाम रियर विरोधी गिर अवरक्त photoelectric संवेदक.
< p class = "jove_title" > 3. सेंसर डिबगिंग

  1. सेंसर की पहचान रेंज को समायोजित करने के लिए अवरक्त सेंसर की पूंछ पर विनियमन घुंडी घुमाएँ. जब रोबोट कार्य तालिका के केंद्र में तैनात है, शीर्ष चार अवरक्त सेंसर का तर्क स्तर 1 है । जब मशीन वर्किंग टेबल के किनारे तक जाती है, तो इसी साइड पर इन्फ्रारेड सेंसर का लॉजिकल लेवल 0 होगा । (< सुदृढ वर्ग = "xfig" > चित्रा 9A )
    नोट: रोबोट इंफ्रारेड सेंसर्स के लॉजिक लेवल का विश्लेषण कर वर्किंग टेबल में अपना लोकेशन तय कर सकते हैं । उदाहरण के लिए, यदि बाएँ और सामने के सेंसरों का तर्क स्तर 0 हैं, तो रोबोट कार्य तालिका के ऊपरी-बाएँ क्षेत्र में होना चाहिए.
  2. दूरी संवेदक के मापा मान अंशांकन के लिए उनकी आधारभूत मानों की तुलना करें । (< सुदृढ वर्ग = "xfig" > चित्रा 9B )
    नोट: दूरी संवेदक एक एनालॉग सेंसर है. जैसे-जैसे दूरी बदलती जाती है, सेंसर & #39; एस सिग्नल शक्ति प्रतिक्रिया और इसी मापी मूल्यों में भी भिन्नता होगी. मापा मूल्यों डिजिटल सेंसर के माध्यम से मेजबान मशीन के लिए relayed जाएगा ताकि रोबोट अपने परिवेश में परिवर्तन की पहचान कर सकते हैं ।
  3. झुकाव कोण संवेदक डीबग करें ।
    1. झुकाव कोण संवेदक क्षैतिज स्थिति और अपने मापा मूल्यों रिकॉर्ड.
    2. दो अलग दिशाओं की ओर सेंसर झुकाव और अपने मापा मूल्यों रिकॉर्ड । मापा मान त्रुटि श्रेणी के भीतर हैं, तो सेंसर नियमित ऑपरेशन में होने के रूप में माना जा सकता है ।
< p class = "jove_title" > 4. नियंत्रण योजना

  1. डीसी मोटर के अनुकरण मॉडल का निर्माण, डीसी मोट वोल्टेज संतुलन समीकरण, फ्लक्स लिंकेज समीकरण और टोक़ संतुलन समीकरण पर आधारित है ।
    1. स्थापित वोल्टेज संतुलन
      द्वारा दिए गए समीकरण < img alt = "समीकरण 1" src = "//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/56422/56422eq1.jpg"/>
      जहां यू डी डायरेक्ट एक्सिस वोल्टेज, यू क्यू है निकालना एक्सिस वोल्टेज है । r d र r q क्रमशः प्रत्यक्ष अक्ष प्रतिरोध और निकालना अक्ष प्रतिरोध निरूपित । < img alt = "समीकरण 2" src = "//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/56422/56422eq2.jpg"/< img alt = "समीकरण 3" src = "//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/56422/56422eq3.jpg"/>, < img alt = "समीकरण 4" src = "//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/56422/56422eq4.jpg"/>, < img alt = "समीकरण 5" src = "//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/56422/56422eq5.jpg"/ , प्रत्यक्ष धुरी वर्तमान का प्रतिनिधित्व, प्रत्यक्ष अक्ष वर्तमान, प्रत्यक्ष अक्ष फ्लक्स और निकालना अक्ष फ्लक्स.
    2. लेके फ्लक्स लिंकेज समीकरण ने दी
      < img alt = "समीकरण 6" src = "//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/56422/56422eq6.jpg"/>
      जहाँ < img alt = "समीकरण 7" src = "//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/56422/56422eq7.jpg"/> और < img alt = "समीकरण 8" src = "//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/56422/56422eq8.jpg"/> गुणांक को निरूपित प्रत्यक्ष धुरी स्व-अधिष्ठापन और निकालना अक्ष क्रमशः स्व-अधिष्ठापन । < img alt = "समीकरण 9" src = "//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/56422/56422eq9.jpg"/> और < img alt = "समीकरण 10" src = "//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/56422/56422eq10.jpg"/> पारस्परिक आगमन के गुणांक हैं । < img alt = "समीकरण 11" src = "//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/56422/56422eq11.jpg"/>, < img alt = "समीकरण 12" src = "//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/56422/56422eq12.jpg"/> विद्युतीय टोक़ और लोड टोक़ का प्रतिनिधित्व करते हैं.
    3. स्थापित टोक़ शेष समीकरण की गणना < img alt = "समीकरण 13" src = "//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/56422/56422eq13.jpg"/>.
    4. डीसी मोटर के अनुकरण मॉडल का निर्माण । (< सबल वर्ग = "xfig" > चित्रा १० )
  2. डीसी मोटर के डबल बंद लूप नियंत्रण लागू होते हैं । मोटर & #39 को विनियमित करने के लिए वर्तमान नियामक के इनपुट के रूप में गति नियामक के उत्पादन का उपयोग; एस टोक़ और वर्तमान.
    नोट: वर्तमान विनियमन प्रणाली की संरचना के आरेख । (< सुदृढ वर्ग = "xfig" > चित्र ११ )
    PI वर्तमान नियामक के स्थानांतरण कार्य < img alt = "समीकरण 14" src = "//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/56422/56422eq14.jpg"/>, जहां < img alt = "समीकरण 15" src = "//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/56422/56422eq15.jpg"/> के आनुपातिक गुणांक है, के रूप में दिखाया गया है वर्तमान नियामक और < img alt = "समीकरण 16" src = "//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/56422/56422eq16.jpg"/> वर्तमान नियामक का लीड टाइम स्थिरांक है । इसे स्केल गुणांक < img alt = "समीकरण 17" src = "//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/56422/56422eq17.jpg"/>, और अभिंन गुणांक < img alt = "समीकरण 18" src = "//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/56422/56422eq18.jpg"/> से प्राप्त किया जा सकता है ।
    1. डीसी मोटर के डबल बंद लूप नियंत्रण लागू होते हैं । (< सुदृढ वर्ग = "xfig" > चित्रा १२ )
  3. डीसी मोटर के चार चक्र गति नियंत्रण लागू होते हैं । (< सबल वर्ग = "xfig" > चित्रा १३ )
    1. धातु ऑक्साइड-अर्धचालक क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर (मासफेट) के बंद का नियमन द्वारा डीसी मोटर का चार चक्र गति को प्राप्त करने के लिए एक एच पुल ड्राइविंग सर्किट का उपयोग. (< सुदृढ वर्ग = "xfig" > चित्रा १४ )
      नोट: जब Q1 और Q4 चालू कर रहे हैं और मोटर आगे बिजली राज्य में है और पहले चक्र चल राज्य. जब Q3 और Q4 चालू हैं, मोटर ऊर्जा ब्रेक लगाना राज्य में है और दूसरा वृत्त का चक्र चल राज्य । जब Q2 और Q3 चालू हैं, मोटर रिवर्स इलेक्ट्रिक राज्य में है और तीसरे वृत्त का चक्र प्रस्ताव राज्य । जब Q1 और Q2 पर चालू कर रहे हैं, मोटर रिवर्स ऊर्जा ब्रेक लगाना राज्य में है और चौथा वृत्त का चतुर्थ भाग गति राज्य.
  4. डीसी मोटर की गति को विनियमित करने के लिए पल्स चौड़ाई मॉडुलन (PWM) लागू होते हैं. डीसी वोल्टेज पल्स चौड़ाई (ड्यूटी साइकिल) को नियंत्रित करने के द्वारा मोटर कवच के लिए लागू बिजली के स्विच की वोल्टेज जब डीसी मोटर बिजली की आपूर्ति के वोल्ट अनिवार्य रूप से अपरिवर्तित रहता है, इस प्रकार औसत मूल्य और रोटेशन गति इनपुट के लिए संग्राहक मोटर के कवच वोल्टेज.
< p class = "jove_title" > 5. प्रोग्राम लिखें

  1. नियंत्रक में KEIL5 द्वारा जनरेट किया गया एक बाइनरी (बिन) फ़ाइल आयात करने के लिए USB डाउनलोड लाइन का उपयोग करें ।
  2. को निष्पादित करने के लिए प्रोग्राम का चयन करें ।
< p class = "jove_title" > 6. अनुप्रयोग परिदृश्य

  1. किसी फ़ैक्टरी में कार्गो को श्रेणीबद्ध करने के लिए रंग पहचान लागू करें । (< सबल वर्ग = "xfig" > चित्रा १५ )
    1. छवियों को इकट्ठा करने और बाउंस दो आयामी सरणी की संख्या का उपयोग कर स्कैन रंग सत्यापित करने के लिए एक ऑप्टिकल कैमरा का उपयोग करें ।
    2. यांत्रिक हथियारों के साथ वस्तु उठा ।
    3. कैमरा और रोबोट की ड्राइविंग मोटर का उपयोग कर निर्दिष्ट स्थान के लिए वस्तु परिवहन के लिए एक आदेश जारी.
  2. खोज जल्दी से निर्दिष्ट क्षेत्रों स्पष्ट करने के लिए । (< सबल वर्ग = "xfig" > चित्रा १६ )
    1. आसपास के बाधाओं के स्थानों का पता लगाने के लिए रोबोट पर चार ऑप्टिकल सेंसर का उपयोग करें ।
    2. आदेश स्टीयरिंग इंजन के लिए यांत्रिक फावड़ा और निर्दिष्ट क्षेत्रों में स्पष्ट बाधाओं उठा ।
    3. सबसे प्रभावी खोज पथ का निर्धारण करने के लिए आनुवंशिक एल्गोरिथ्म का उपयोग करें ।
  3. उपयोग स्वयं मांयता के लिए कार्यक्षेत्र से गिरने को रोकने के लिए मशीन कार्य क्षेत्र से अलग कार्यकर्ताओं और कार्यकर्ता सुरक्षा सुनिश्चित करते हैं ।
    1. चार ऊपरी ऑप्टिकल सेंसरों के बीच ऊंचाई में अंतर के आधार पर संकेतों को संशोधित करें, जो कार्यक्षेत्र और जमीन को पहचानते हैं ।
    2. परिवर्तनशील संकेतों का विश्लेषण करने के लिए कार्यक्षेत्र के किनारों के स्थान का निर्धारण ।
      3. कार्यक्षेत्र के किनारों से बचने के लिए मशीन को
    3. कमांड करें ।

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Representative Results

डबल बंद लूप गति नियंत्रण कार्यक्रम के चित्र में, बैंगनी एक दिया गति संकेत का प्रतिनिधित्व करता है और पीले नियंत्रण प्रणाली के उत्पादन के मूल्य का प्रतिनिधित्व करता है । चित्रा 17 स्पष्ट रूप से पता चलता है कि डबल बंद लूप नियंत्रण प्रणाली एक खुले पाश प्रणाली की तुलना में काफी अधिक प्रभावी है । डबल बंद लूप प्रणाली के उत्पादन के वास्तविक overshoot अपेक्षाकृत छोटा है और प्रणाली के गतिशील प्रदर्शन बेहतर है । ( चित्र १७)

चित्रा 18 अलग तरंग दैर्ध्य में प्रतिबिंबित प्रकाश के प्रभाव के तहत रोबोट के रंग मान्यता सटीकता से पता चलता है. व्यवहार में, अलग प्रकाश की स्थिति के कारण, लक्ष्य वस्तु की परिलक्षित प्रकाश तरंग दैर्ध्य एक निश्चित सीमा के भीतर उतार चढ़ाव होगा । मशीन की मांयता सटीकता का निरीक्षण करने के लिए, एक परीक्षण पीली बत्ती (565-595 एनएम) और लाल बत्ती (625-740 एनएम) के तरंग दैर्ध्य की रेंज में आयोजित किया जाता है । कैमरा द्वारा लौटाए गए मान 1 है, तो रंग पहचान सही है । 585-593 एनएम की रेंज में, कैमरे की पीली रोशनी पहचान सटीकता दर ९०% से अधिक है, जबकि रेंज के बाहर की दर तेजी से कम हो जाती है । इसी तरह, 660-700 एनएम रेंज के भीतर, लाल बत्ती मांयता सटीकता की दर ९०% से अधिक है, जबकि रेंज के बाहर की दर तेजी से कम हो जाती है । परीक्षा परिणाम प्रदर्शित करता है कि, उचित रोशनी के तहत, रोबोट त्रुटि के एक छोटे से मार्जिन के साथ रंग मांयता प्राप्त है । ( चित्र १८)

चित्र 19 कैमरे के रंग पहचान सटीकता और दूरी के बीच संबंध को दिखाता है । मांयता सटीकता व्युत्क्रम दूरी के साथ संबंधित है । के रूप में प्रयोगात्मक परिणामों में सचित्र, जब दूरी 0-30 सेमी के बीच है, कैमरे की रंग पहचान सटीकता ८०% से अधिक है । परिणाम प्रदर्शित करता है कि इस कार्यक्रम मजबूत उपयोगिता है । ( चित्र १९)

Figure 1
चित्र 1 : चेसिस का निर्माण । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 2
चित्र 2 : अवरक्त सेंसरों की स्थापना । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 3
चित्र 3 : स्थापना का प्रभाव । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 4
चित्र 4 : डिबगिंग कार्य स्क्रीन । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 5
चित्र 5 : रोबोट स्टीयरिंग गियर के कनेक्शन । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 6
चित्र 6 : बिजली के कनेक्शन सिद्धांतों । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 7
चित्र 7 : बिजली के कनेक्शन सिद्धांतों । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 8
चित्र 8 : ID संख्या सेट करें । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 9
चित्र 9 : दो सेंसर । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 10
चित्र 10 : डीसी मोटर के अनुकरण मॉडल । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 11
चित्र 11 : वर्तमान विनियामक प्रणाली । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 12
चित्र 12 : डबल बंद लूप नियंत्रण के सिमुलेशन मॉडल । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 13
चित्र 13 :रॉंग > चार के आरेखक मोटर का वृत्त का संचालन । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 14
चित्र 14 : एच-ब्रिज सर्किट । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 15
चित्र 15 : रंग मांयता का वर्कफ़्लो । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 16
चित्र 16 : त्वरित खोज के कार्यप्रवाह । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 17
चित्र 17 : Simulink आरेख । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 18
चित्र 18 : विभिन्न तरंग दैर्ध्य में प्रतिबिंबित प्रकाश के प्रभाव के तहत रंग मान्यता सटीकता. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 19
चित्र 19 : कैमरे के रंग पहचान सटीकता और दूरी के बीच संबंध । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

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Discussion

इस पत्र में हमने इंटेलिजेंट रोबोट का एक प्रकार तैयार किया है जिसे autonomously बनाया जा सकता है । हम हार्डवेयर के साथ कई सॉफ्टवेयर प्रोग्राम को एकीकृत करके प्रस्तावित बुद्धिमान खोज एल्गोरिथ्म और स्वायत्त मांयता लागू किया । प्रोटोकॉल में, हम हार्डवेयर को विंयस्त और बुद्धिमान रोबोट, जो उपयोगकर्ताओं को अपने स्वयं के रोबोट की एक उपयुक्त यांत्रिक संरचना डिजाइन में मदद कर सकते है debugging के लिए बुनियादी दृष्टिकोण पेश किया । हालांकि, वास्तविक कार्रवाई के दौरान, यह सुनिश्चित करने के लिए कि इन मापदंडों आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए संरचना की स्थिरता, अपनी ऑपरेटिंग रेंज, स्वतंत्रता और अंतरिक्ष उपयोग की डिग्री, के लिए ध्यान देना आवश्यक है । एक उचित यांत्रिक संरचना उच्च परिशुद्धता, उच्च लचीलापन, और रोबोट की उच्च मजबूती सुनिश्चित करता है । जटिल यांत्रिक संरचनाओं डिजाइन करने के लिए, उपयोगकर्ता ऐसे एडंस के रूप में सॉफ्टवेयर गठबंधन के लिए एक सिमुलेशन मॉडल का निर्माण और आभासी प्रोटोटाइप प्रौद्योगिकी लागू कर सकते हैं । यह उन संभावनाओं को बाहर करने की अनुमति दे सकता है जो तकनीकी आवश्यकताओं या संभावनाओं को संतुष्ट नहीं करते हैं जो कि यांत्रिक रूप से संभव नहीं हैं ।

एक संभावित मुद्दा रोबोट की अक्षमता को सही ढंग से अपने वांछित कार्यों को प्राप्त है । यह मुख्य रूप से दो कारणों से स्टेम हो सकता है । पहली आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए सेंसर की अक्षमता है । उदाहरण के लिए, पहले परीक्षण के दौरान, इस अध्ययन में सफाई रोबोट को सफलतापूर्वक कार्य क्षेत्र के बाहर बाधाओं धक्का करने में असमर्थ था । इस वजह से उपकरणों पर अवरक्त संवेदक की सीमा कुछ हद तक संकीर्ण था, जिसका मतलब है कि रोबोट अपेक्षित त्वरण हासिल नहीं कर सका जब यह एक बाधा का पता चला । यह समस्या इंफ्रारेड सेंसर का पता लगाने की सीमा बढ़ाने के द्वारा हल किया जा सकता है । इन समस्याओं को हल करने के लिए, सेंसर की डीबगिंग का एक अतिरिक्त स्तर आवश्यक हो सकता है, स्थिति या अनुप्रयोग के आधार पर । दूसरा यह कि प्रदर्शन की आवश्यकता को पूरा करने के लिए चयनित मोटर की अक्षमता है । जब एक मोटर का चयन, प्राथमिकता उपयुक्त शुरू प्रदर्शन, संचालन स्थिरता और बजट के भीतर कम शोर के साथ एक मोटर के लिए दिया जाना चाहिए ।

एक नए रोबोट के डिजाइन और उत्पादन शुरू करने के लिए, एक मैनुअल विंयास योजना के लिए मानकों को रोबोट के व्यवहार को नियंत्रित करने के लिए परिभाषित किया जाना चाहिए, ताकि यह एक नए कार्य की मांगों के लिए अनुकूल हो सकता है । इसके साथ ही, सभी प्रक्रियाओं प्रोटोकॉल में प्रस्तुत चरणों का पालन करना होगा । रोबोट के मॉड्यूलर डिजाइन का एक फायदा यह विभिन्न इंजीनियरों के सहयोग के माध्यम से विकसित किया जा करने की अनुमति देता है, जो काम के अपने स्पष्ट विभाजन में निहित है । मैकेनिकल इंजीनियर्स डिजाइन हार्डवेयर की संरचना, बिजली इंजीनियरों मोटर नियंत्रण रणनीति डिजाइन, और नियंत्रण इंजीनियरों खोज एल्गोरिथ्म डिजाइन । इस प्रकार, प्रत्येक मॉड्यूल का काम स्वतंत्र रूप से एक विशिष्ट कार्य को पूरा करने के लिए विकसित किया जा सकता है । हम प्रत्येक मॉड्यूल के लिए एक बुनियादी डिजाइन योजना, उपयोगकर्ताओं को एक विशेष आवेदन के लिए इष्टतम योजना के लिए खोज करने में मदद करने के लिए प्रदान करते हैं ।

संभावित अनुप्रयोगों की रेंज बुद्धिमान रोबोट प्रौद्योगिकी परिपक्व के रूप में काफी विस्तार होगा । यह महासागर विकास, अंतरिक्ष अंवेषण, औद्योगिक और कृषि उत्पादन, सामाजिक सेवा, और मनोरंजन के क्षेत्रों में व्यक्तियों के लिए एक अमूल्य संसाधन साबित होगा, कुछ नाम है । यह तकनीक मानव को खतरनाक और अनसेनेटरी काम के वातावरण में धीरे से बदल देगी । बुद्धिमान रोबोट बहु की ओर विकसित करने के लिए जारी रहेगा रोबोट सहयोग, और बुद्धिमान और नेटवर्क दिशा ।

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Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

लेखक इस पत्र में सूचित प्रयोगों के प्रदर्शन में उनकी सहायता के लिए श्री Yaojie के प्रति उनका आभार व्यक्त करना चाहते हैं. यह काम चीन के राष्ट्रीय प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन (No. ६१६७३११७) द्वारा भाग में समर्थित किया गया था ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
structural parts UPTECMONYH HAR L1-1
structural parts UPTECMONYH HAR L2-1
structural parts UPTECMONYH HAR L3-1
structural parts UPTECMONYH HAR L4-1
structural parts UPTECMONYH HAR L5-1
structural parts UPTECMONYH HAR L5-2
structural parts UPTECMONYH HAR U3A
structural parts UPTECMONYH HAR U3B
structural parts UPTECMONYH HAR U3C
structural parts UPTECMONYH HAR U3F
structural parts UPTECMONYH HAR U3G
structural parts UPTECMONYH HAR U3H
structural parts UPTECMONYH HAR U3J
structural parts UPTECMONYH HAR I3
structural parts UPTECMONYH HAR I5
structural parts UPTECMONYH HAR I7
structural parts UPTECMONYH HAR CGJ
link component UPTECMONYH HAR LM1
link component UPTECMONYH HAR LM2
link component UPTECMONYH HAR LM3
link component UPTECMONYH HAR LM4
link component UPTECMONYH HAR LX1
link component UPTECMONYH HAR LX2
link component UPTECMONYH HAR LX3
link component UPTECMONYH HAR LX4
Steering gear structure component UPTECMONYH HAR KD
Steering gear structure component UPTECMONYH HAR DP
Infrared sensor UPTECMONYH HAR E18-B0 Digital sensor
Infrared Range Finder SHARP GP2D12
Gray level sensor SHARP GP2Y0A02YK0F
proMOTION CDS SHARP CDS 5516 The robot steering gear
motor drive module Risym HG7881
solder wire ELECALL 63A
terminal Bright wire 5264
motor BX motor 60JX
camera Logitech C270
Drilling machine XIN XIANG 16MM Please be careful
Soldering station YIHUA 8786D Be careful to be burn
screwdriver EXPLOIT 043003
Tweezers R`DEER RST-12

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References

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इंजीनियरिंग अंक १२८ इंटेलिजेंट रोबोट बंद लूप नियंत्रण स्टीयरिंग इंजन सेंसर कमीशन प्रत्यक्ष वर्तमान (DC) मोटर अनुपात एकीकरण (PI) वर्तमान नियामक चार चक्र गति नियंत्रण पल्स चौड़ाई मॉडुलन (PWM) स्वायत्त पहचान बुद्धिमान खोज एल्गोरिथ्म
मॉड्यूलर डिजाइन और एक बुद्धिमान रोबोट के उत्पादन पर आधारित एक बंद लूप नियंत्रण रणनीति
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Zhang, L., Zhu, J., Ren, H., Liu,… More

Zhang, L., Zhu, J., Ren, H., Liu, D., Meng, D., Wu, Y., Luo, T. The Modular Design and Production of an Intelligent Robot Based on a Closed-Loop Control Strategy. J. Vis. Exp. (128), e56422, doi:10.3791/56422 (2017).

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