طراحی، ساخت و کنترل ربات پرنده با قابلیت تعقیب عوارض زمین

در سالهای اخیر رباتهای متحرک کاربردهای زیادی در زمینه های مختلف پیدا کرده اند. یکی از مهمترین نوع رباتهای متحرک، رباتهای پرنده هستند. اینگونه رباتها در انواع مختلف بال چرخان، بال ثابت و کشتی های هوایی برای کاربریهای نظارت تصویری، پایش و کنترل ترافیک، مانیتورینگ متغیرهای محیطی و ... مورد استفاده قرار میگیرند. در این بین لزوم هوشمند سازی اینگونه رباتها با توجه به ماموریتهای مختلفی که برای آنها تعریف میشود حس میشود. در بین سازه های پرنده مورد استفاده، کشتی های هوایی بدلیل پرواز ایمن و نسبت وزن بار به هزینه و زمان پرواز بالا در بسیاری از پروژه های تحقیقاتی مورد استفاده قرار میگیرند.

یکی از مهمترین روشها برای افزایش هوشمندی رباتهای پرنده استفاده از پردازش تصویر برای هدایت و کنترل است. بر این مبنا بر اساس تکنیکهای پردازش تصاویر بلادرنگ یک استخراج کننده مسیر و کنترلر مسیر طراحی و اجرا شده است. این سیستم قادر است تا فرمانهای لازم را جهت کنترل پرنده بر اساس تصاویر دوربین استخراج، و کشتی هوایی را بر روی مسیر جاده به پرواز درآورد. برای پردازش تصویر و تشخیص مسیر و کنترل پرنده از قواعد فازی استفاده شده است. از آنجا که مدل دینامیکی کشتی هوایی بسیار غیر خطی است، این نوع کنترلر مورد استفاده قرار گرفته است. مدلسازی دینامیکی سه درجه و شش درجه آزادی کشتی هوایی برای بررسی پاسخ به ورودی های مختلف انجام شده، که با بررسی آن توسط فرد خبره و بررسی تصاویر ورودی قواعد سیستم کنترل فازی استخراج گردیده است.


ﺷﻨﺎﺳﺎﯾﯽ ﻣﺴﯿﺮ ﺣﺮﮐﺖ ربات پرنده ﺑﺎ الگورﯾﺘﻢ ﭘﺮدازش تصویر:

ربات ها دستگاهی الکترومکانیکی هستند که از آن برای انجام وظایف متفاوت استفاده می شود که این دستگاه ها قابل برنامه ریزی هستند. این ماشین های مکانیکی برای بهتر به انجام رساندن کارهای دقیق و تکرار ی طراحی می شوند . ربات های پرنده، ربات هایی هستند که به هر نحو توانایی بلند شدن از زمین یا به عبارت دیگر قابلیت پرواز را داشته باشند، با استفاده از الگوریتم پردازش تصویر می توان روش هایی را طراحی کرد که ربات های پرنده قادر به تشخیص مسیر بدون دخالت انسان باشند.

با استفاده از الگوریتم پردازش تصویر که شامل تغییر سایز در ورودی و اعمال چند فیلتر برای حذف نو یزها و انجام لبه یابی و آشکار کردن محیط های مورد نظر و مراکز آنها میتوان، ربات های پرنده را در مسیر مناسب و با حداکثر سرعت انتقال داد. اگر سطح شناسایی مسیر بزرگتر از 200 پیکسل باشد ربات پرنده این سطح را به عنوان مسیر حرکت انتخاب می کند و همچنین کوچکتر 200 پیکسل باشد به عنوان نویز در مسیر حرکت تشخیص داده می شود.


طراحی و کنترل ربات پرنده جهت بازرسی خطوط فشار قوی به وسیله پردازش تصویر:

امروزه به کارگیری ربات‌هایی که قابلیت نفوذ به نقاط با شرایط محیطی سخت را دارند، در صنایع مختلف از جمله صنعت برق مورد توجه صنعتگران قرار گرفته است. در این صنعت، برای بازرسی و یا تعمیر خطوط انتقال از نیروی انسانی مجرب استفاده می‌شود. اما به خاطر شرایط خطرناک محیط کاری، نیروی انسانی شاغل در این بخش از صنعت برق با خطراتی مواجه می‌باشند. لذا برای حل این مشکل، ربات‌های گوناگونی ساخته شده است که بعضی از آنها صرفاً پرنده‌اند و بعضی دیگر صرفاً برروی خطوط سوار شده و بر روی آن حرکت می‌کنند که هرکدام از این ربات‌ها شامل ایرادهایی هستند.

ربات در حین حرکت روی خطوط انتقال، به محض رسیدن به موانع، از خط جدا شده و بعد از عبور از مانع مجدداً بر روی خط سوار شده و به مسیر خود ادامه می‌دهد. این حرکت تا رسیدن به برج‏های دارای مقره‌های کششی ادامه پیدا می‌کند. فرض بر این است که ربات ابتدا به صورت دستی راه اندازی شده و توسط ریموت کنترل تا نزدیکی خطوط انتقال هدایت می‌شود. سپس به صورت کاملاً مختار، با استفاده از گیره نگهدارنده طراحی شده بر روی کابل محافظ خطوط انتقال سوار شده و شروع به حرکت می‌کند. ابتدا، برای قرار گرفتن کوادکوپتر بر روی کابل محافظ خطوط انتقال (شیلد وایر)، گیره نگهدارنده طراحی شد.

از اطلاعات خواص فیزیکی و دینامیکی به دست آمده از محیط نرم افزاری، برای بیان نیازهای کنترل کننده استفاده شد و کنترل کننده تطبیقی LQR+PID طراحی شده، و شبیه‏ سازی آن صورت گرفت. نتایج شبیه سازی انجام شده نشان داد که عملکرد الگوریتم طراحی شده دارای قابلیت اطمینان می‏باشد. در بخش بینایی ماشین و پردازش تصویر، برای توقف خودکار عملکرد کوادکوپتر در شرایط جوی نامساعد، الگوریتم تشخیص وضعیت جوی مورد بحث و طراحی قرار گرفت و با انجام آزمایشی در محیط Matlab، دقت 91 درصدی در تشخیص وضعیت جوی حاصل گردید. این نتیجه با توجه به تحقیقات صورت گرفته تاکنون از بهترین نتایج در این زمینه می‌باشد.