روشی انتخابی برای راه رفتن از بغل در روبات انسان نما

یکی از رشته های زیر مجموعه فنی مهندسی که علاقمندان بسیاری در کشور ما دارد رشته کامپیوتر و فناوری اطلاعات هستش که اتفاقا سایت دیجی لود در حال تکمیل سری جدیدی از پایان نامه های ارشد این رشته تحصیلی برای کاربران گرانقدر خود میباشد. دیجی لود در ادامه پایان نامه ” روشی انتخابی برای راه رفتن از بغل در روبات انسان نما ” با فرمت Word (قابل ویرایش) در 107 صفحه را معرفی مینماید.

چکیده پایان نامه روشی انتخابی برای راه رفتن از بغل در روبات انسان نما :

امروزه راه رفتن روبات انسان نما یکی از حوزه های جذاب تحقیق در زمینه روباتیک است. چالشهای موجود در کنترل روبات های انسان نما با درجات آزادی بالا، این مساله را در زمره مسائل دشوار در حوزه روباتیک قرار داده است به طوریکه راه رفتن روبات انسان نما را کماکان به عنوان مهمترین توانایی یک روبات طبقه بندی میکنند. در این پایان نامه روشی جدید برای راه رفتن روبات انساننما از بغل مطرح شده است. در این روش بر روی هر یک از مفاصل موثر در راه رفتن روبات یک اتوماتای یادگیر متغیر سوار میشود که طی فرآیند یادگیری بردارهای احتمال مربوط به اتوماتاها به روز میشود و مقادیر مناسب مفاصل برای راه رفتن با توجه به این بردارها انتخاب میشوند. در ادامه این روش یادگیری برای راه رفتن مستقیم و راه رفتن از بغل مورد استفاده قرار میگیرد که نتایج حاصل از شبیه سازی الگوریتم بر روی روبات انساننمای نائو در محیط شبیه سازی فوتبال سه بعدی نشان دهنده نتایج مناسب در راه رفتن مستقیم روبات در مقایسه با روشهای گذشته و همچنین مزایای فراوان بهبود توانایی راه رفتن از بغل در یک روبات انسان نما میباشد.

واژه های کلیدی

روبوکاپ ، فوتبال ربات ها ، روبات های انسان نما، راه رفتن روبات نائو ، اتوماتای یادگیر

مقدمه

امروزه روباتیک به عنوان یکی از رشته های علوم ومهندسی، مورد توجه بسیاری از موسسه های تحقیقاتی قرار گرفته است و به یکی از حوزه های بسیار جذاب تحقیق و پژوهش بدل گشته است، به نحوی که تحقیقات در زمینه روباتیک در شاخه های مختلفی در حال پیگیری است. در زمینه روباتیک سه رویکرد کلی مورد توجه می باشد که تحقیقات در این سه حوزه گسترده رو به پیشرفت میباشد. در رویکرد اول سعی بر ساخت روباتهای مصنوعی و هوشمند کردن آنها با استفاده از الگوریتمهای هوش مصنوعی است، که این رویکرد بسیار پرطرفدار خود به شاخه های گوناگونی تقسیم میشود که در ادامه به معرفی برخی از آنها خواهیم پرداخت. رویکرد دوم به استفاده از هوش طبیعی برای کنترل روباتهای مصنوعی میپردازد. روباتهایی که با کنترل دستی هدایت میشوند در این حیطه قرار میگیرند و در نهایت رویکرد آخر استفاده از روباتهای طبیعی و تربیت آنها برای دست یافتن به اهداف از پیش تعیین شده میباشد. تربیت حیوانات برای انجام اعمال خاص، مثالی از رویکرد سوم میباشد.

روباتها را میتوان در تقسیم بندی دیگری از لحاظ کاربرد آنها قرار داد که از این بین میتوان به روباتهای صنعتی، روباتهای خانه دار، روباتهای پزشکی، روباتهای سرویس دهنده، روباتهای نظامی، روبات های سرگرمی و … اشاره کرد.

همچنین روباتها از نظر سامانه حرکتی نیز قابل تقسیم بندی هستند که به طور خلاصه به صورت زیر قابل تقسیم می باشند:

روبات های ایستا (غیر متحرک)
روبات های متحرک
روبات های فضانورد
روبات های پرنده
روبات های دریا نورد
سایر روبات ها

دسته اول روباتهای ایستا میباشند( شکل1-1). بیشتر روبات های صنعتی موجود در کارخانه ها ازین دست می باشند. بازوهای روباتیک و همچنین روباتهای پردازشگر و ابر محاسباتی از این دست روبات می باشند.

فهرست مطالب

	فصل اول : مقدمه
2	1-1- مقدمه
7	1-2- روباتهای انسان نما
10	1-3- روبوکاپ، انگیزه ها و اهداف
13	1-4- نرم افزارهای شبیه سازی و مدل روبات
13	1-4-1- شبیه سازی
14	1-4-2- مدل روبات
15	1-4-3- کد پایه
18	1-5- راه رفتن روبات انساننما از بغل
19	1-6- اهداف
	فصل دوم: مروری بر تحقیقات پیشین و روشهای به کار رفته در تحلیل حرکت روبات
21	2-1- مقدمه
22	2-2- تعادل روبات ونقطه گشتاور صفر
25	2-3- حرکت شناسی
27	2-3-1- حرکت شناسی مستقیم
27	2-3-2- حرکت شناسی معکوس
31	2-4- استفاده از سری های فوریه در تحلیل حرکت روبات
34	2-4-1- بهینه سازی پارامترهای سری فوریه به کمک الگوریتم ژنتیک
37	2-4-2- بهینه سازی پارامترهای سری فوریه به کمک الگوریتم ازدحام ذرات
	فصل سوم: طرح پیشنهادی
42	3-1- مقدمه
42	3-2- روبات انسان نمای نائو و تحلیل حرکت آن
45	3-3- استفاده از حرکت شناسی در راه رفتن از بغل
46	3-3-1- حرکت شناسی مستقیم
50	3-3-2- حرکت شناسی معکوس
52	3-4- استفاده از اتوماتای یادگیر به منظور راه رفتن روبات
53	3-4-1- روباتهای افزونه
54	3-4-2- اتوماتاهای یادگیر
55	3-4-2-1- اتوماتای یادگیر با ساختار ثابت
58	3-4-2-2- اتوماتای یادگیر با ساختار متغیر
60	3-4-3- روش پیشنهادی در راه رفتن روبات نائو
	فصل چهارم: آزمایشها و نتایج
70	4-1- مقدمه
71	4-2- راه رفتن مستقیم
74	4-3- راه رفتن از بغل
79	4-4 تاثیر تعداد مفاصل مورد استفاده در همگرایی سرعت و تعادل روبات
	فصل پنجم: نتیجه گیری و مطالعات آینده
85	5-1- جمع بندی
86	5-2- مطالعات آینده
	فهرست منابع

فهرست جداول

جدول1-1: مشخصات روبات نائو	15
جدول 1-2: محتویات شاخه های موجود در کد پایه	17
جدول 3-1: مشخصات مفاصل روبات نائو	44
جدول 3-2: مقدار دهی اولیه پارامترهای روبات	51
جدول 3-3: محدودیت اعمال شده به سه مفصل اصلی پا	62
جدول 4-1: تیمهای برتر مسابقات جهانی لیگ شبیه سازی فوتبال سه بعدی	72
جدول 4-2: مقایسه سرعت و تعداد زمین خوردن روبات نائو در راه رفتن مستقیم بدست آمده از روش پیشنهادی با سه تیم برتر جهان	73
جدول 4-3: مقایسه سه مجموعه توانایی. مجموعه اول و دوم حرکت روبات با کمک راه رفتن از جلو وچرخش. مجموعه دوم با کمک راه رفتن مستقیم و راه رفتن از بغل	76
جدول 4-4: مقایسه سرعت و تعداد زمین خوردن روبات در راه رفتن از بغل بدست آمده از روش پیشنهادی با سه تیم برتر جهان	79

فهرست اشکال

شکل 1-1: مثال هایی از روبات های غیر متحرک	4
شکل1- 2: نمونه هایی از روبات های متحرک بر روی زمین	5
شکل 1-3: کاوشگر کنجکاوی، ماموریت اکتشاف در مریخ	6
شکل 1-4: نمونه هایی از روبات های پرنده	6
شکل 1-5: نمونه هایی از روبات های دریایی	7
شکل 1-6: نمونه هایی از روباتهای انسان نما	9
شکل 1-7: محیط های شبیه سازی فوتبال دوبعدی و سه بعدی	12
شکل 1-8: محیط های شبیه سازی فوتبال دوبعدی و سه بعدی	12
شکل 1-9: ساختار لایه ای کد پایه	17
شکل 2-1: راه رفتن ایستا	23
شکل 2-2: راه رفتن پویا	24
شکل 2-3: بخشهای مختلف روبات صنعتی	26
شکل 2-4: روبات آموزشی Robonova-1	29
شکل 2-5: مدل ساده شده Robonova-1	30
شکل 2-6: مسیر حرکتی ثبت شده مفاصل کفل و زانوی انسان	32
شکل 2-7: تحلیل یانگ از مسیرهای متناوب ثبت شده توسط نرم افزارPOLYGON	33
شکل 2-8: شمای کلی الگوریتم ژنتیک	36
شکل 2-9: شمای کلی الگوریتم ازدحام ذرات	39
شکل 3-1: اتوماتای یادگیر کرایلوف	43
شکل 3-2: اتوماتای یادگیر کرینسکی	47
شکل 3-3: اتوماتای یادگیر L_2N,2	49
شکل 3-4: اتوماتای یادگیر L_2,2	50
شکل 3-5: اتوماتای یادگیر در تقابل با محیط	54
شکل 3-6: یک بازوی روباتیک افزونه	55
شکل 3-7: چرخشهای مهم در فضای R³	56
شکل 3-8: روبات صنعتی اسکارا	57
شکل 3-9: اتصال محورهای مختصات به یک بازوی روباتیک	57
شکل 3-10: مفصلبندی روبات نائو	58
شکل 3-11: الگوریتم پیشنهادی برای یدست آوردن مقادیر مفاصل	63
شکل 4-1: زمان میانگین 30 مرتبه اجرا با هر مجموعه توانایی	77
شکل 4-2: تغییرات سرعت روبات در راه رفتن مستقیم با توجه به تعداد مفاصل انتخابی	80
شکل 4-3: تغییرات سرعت روبات در راه رفتن از بغل با توجه به تعداد مفاصل انتخابی	81
شکل 4-4: تاثیر تعداد مفاصل انتخابی در تعداد دفعات زمین خوردن روبات در راه رفتن مستقیم	82
شکل 4-5: تاثیر تعداد مفاصل انتخابی در تعداد دفعات زمین خوردن روبات در راه رفتن از بغل	83