لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*
فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)
تعداد صفحه79
بخشی از فهرست مطالب
عنوان صفحه
1-1-....................................... پیشگفتار 3
1-2-...... معرفی و مقایسه روبات های پرنده بدون سرنشین 4
1-3-.................................. معرفی Quadrotor 6
1-4-...................................... مدل ریاضی 8
2-1-..................................... اجزای اصلی 12
2-1-1-.......................... میکرو کنترلر اصلی 13
2-1-2- نگاهی دقیق تر به میکرو کنترلر و توانمندی های آن 15
2-1-6- معرفی سنسور آلتراسونیک 29
2-1-7-.............................. برد اتصال IOIO 30
2-1-8-............................. مبدل USB به TTL 32
3-1-............................... معرفی موتور Unity3d 34
3-2-................................. معرفی کنترلر PID 35
3-2-1-............. بررسی تاثیر پارامترها بر سیستم 36
3-2-2- طراحی کنترلر و تنظیم آن ( روش زایگلر – نیکلز ) 38
3-2-3-... مقایسه PID استاندارد و دیجیتالی ( گسسته ) 40
3-3-........................... مقایسه انواع فیلترها 42
3-3-1-................................ فیلتر کالمن 42
3-3-2-.................................. فیلتر DCM 43
3-4-................. نتایج شبیه سازی – PID استاندارد 47
4-1-...................................... ساخت بدنه 49
ضمیمه ها .....................................................................................................................................................................65
نتیجه گیری .................................................................................................................................................................67
منابع و مراجع .............................................................................................................................................................68
فهرست شکل‌‌ها
عنوان صفحه
شکل 2 : مقایسه روبات های پرنده 5
شکل 6 : دیاگرام داخلی روبات 12
شکل 7 : نمای داخلی میکرو xmega128 15
شکل 8 : دیاگرام ارتباط داخلی میکروکنترلر 18
شکل 9 : نحوه تولید سیگنال esc 22
شکل 10 : نمای داخلی موتور BLDC 24
شکل 11 : نمای داخلی سنسور شتاب سنج 27
شکل 12 : شماتیک داخلی مدار سنسور imu 28
شکل 14 : ماژول واسط گوشی تلفن همراه و مدار اصلی 30
شکل 15 : شماتیک داخلی مدار واسط 31
شکل 17 : شماتیک داخلی مبدل usb بهTTL 32
شکل 18 : مدل شبیه سازی شده روبات 34
شکل 19 : کنترل فرآیند با فیدبک حلقه بسته 35
شکل 20 : تاثیر افزایش بهره p 36
شکل 21 : تاثیر افزایش بهره I 36
شکل 22 : تاثیر افزایش بهره D 37
شکل 23 : دیاگرام سیستم حلقه بسته با اغتشاش 38
شکل 24 : پاسخ پله سیستم حلقه بسته 38
شکل 25 : جدول زایگلر - نیکلز 39
شکل 26 : نحوه از بین رفتن اثر نویز با فیلتر کالمن 43
شکل 27 : نتایج بدست آمده از شبیه سازی 47
شکل 28 : مراحل ابتدایی ساخت بدنه 49
شکل 29 : بدنه ساخته شده در مرحله اول 50
شکل 31 : روبات آماده شده با اتصال چهار ملخ 52
شکل 32 : روبات ساخته شده در مرحله نهایی 53
شکل 33 : شماتیک داخلی سخت افزار روبات 66
چکیده
کلید واژه: روبات ، پرنده ، Quad rotor ، Quad copter ، PID .
فصل اول
مقدمه
فصل 1 - مقدمه 1-1- پیشگفتار
با توجه به پیشرفت روزافزون علم روباتیک در عرصه های مختلف به خصوص حوزه روبات های پرنده و همچنین فعالیت تحقیقاتی گسترده بر روی روبات های پرنده عمود پروازی چون روبات های چهار محرکه ایی ) Quad rotor ) در اکثر دانشگاه های معتبر جهان و همچنین ایران بر آن شدیم تا عنوان پروژه خود را پیاده سازی و طراحی سیستم کنترل یک عمود پرواز بر مبنای چهار محرکه انتخاب نماییم ، تا هم ثمره چهار سال مطالعه نظری بی وقفه در مقطع کارشناسی سخت افزار را به یک دستاورد عملی و کاربردی مبدل سازیم و هم در یک کار تیمی مشترک بر دانش خود در زمینه مبحث کنترل روبات بیافزاییم . اجزای اصلی این روبات متشکل از چهار موتور BLDC 150 وات همراه با کنترلر سرعت ESC ، یک برد کنترلی اصلی ، یک دستگاه تفلن همراه مجهز به سیستم عامل اندروید برای کاهش هزینه ها و استفاده از امکانات گسترده سخت افزاری آن ، یک باتری لیتیومی مخصوص هواپیما های مدل ، ماژول سنسور شتاب و زاویه سنج IMU و یک مدار واسط برای ارتباط برد کنترلی و تلفن همراه می باشد . سخت ترین مرحله از پروژه طراحی سیستم کنترل حلقه بسته ایی است که تعادل روبات را در هوا تضمین نماید و همچنین امکان کنترل دقیق را برای کاربر فراهم سازد . برای دست یابی به چنین سیستم کنترلی از یک مدل ریاضی و شبیه سازی آن در محیط هایی چون Simulink یا Unity3d استفاده می کنیم و با استفاده از تنظیم کنترلر هایی چون PI یا PID ، کنترلر خود را بر روی مدل واقعی می آزماییم .
1-2- معرفی و مقایسه روبات های پرنده بدون سرنشین
روبات های پرنده بدون سرنشین (UAV)[1] به سه دسته کلی هواپیماهای بدون سرنشین و روبات های دارای بالگرد و بالون ها تقسیم بندی می شوند . هواپیما های بدون سرنشین برای پرواز از خاصیت آیرودینامیکی هوا استفاده می کنند و دارای بال هستند به همین جهت برای پرواز خود نیاز به یک باند پرواز مستقیم دارند تا از زمین جدا شوند . در مقابل ماشین های بالگرد دار مثل انواع هلیکپتر ها بدون نیاز به باند پرواز به صورت مستقیم پرواز می کنند[2] (VTOL) ولی در مقابل برای کنده شدن از زمین نیاز به انرژی بیشتری دارند و نسبت به هواپیما ها طول پرواز و مسافت کمتری را پرواز می کنند . بالون ها با استفاده از گازهای سبکتر از هوا [3](LTA) مثل هلیوم یا هوای گرم پر شده و بدون نیاز به نیروی محرکه به صورت مستقیم پرواز می کنند ولی مشکل اصلی آنها عدم کنترل دقیق و تاثیر پذیری زیاد آنها نسبت به باد است . در این سه دسته بالگرد ها به توجه به کنترل دقیق حرکت و مانور پذیری بالا دارای اهمیت ویژه ایی می باشند .
بالگرد های استاندارد با توجه به استفاده از یک محرکه اصلی برای پرواز نیاز به یک کنترلر بسیار پیچیده می باشند و حفظ تعادل در آن ها سخت می باشد . حال اگر تعداد محرک های یک بالگرد را به دو یا سه عدد افزایش دهیم پایداری سیستم را افزایش داده و کنترلر آن ساده تر می شود . در یک روبات پرنده عمود پرواز از منطق یک بالگرد استفاده می شود با این تفاوت که تعداد محرکه ها به چهار عدد افزایش یافته و دیگر نیازی به استفاده از دم نیست . با توجه به ساختار متقارن آن پایداری بالایی دارد و همچنین کنترلر آن ساده تر و دقیق تر می باشد .
روبات های پرنده عمود پرواز (Multirotor) با توجه به قابلیت هایی که دارند می توانند در مکان هایی که برای انسان ضرر دارد و یا مقدور نیست استفاده شوند و با این وجود دارای کاربردهای وسیعی در زمینه های مختلف می باشند . Multirotor ها دارای انواع مختلفی هستند و با توجه به تعداد محرکه ها نام گذاری می شوند . Quad rotor ها دارای چهار محرکه می باشند و نوع استاندارد این خانواده محسوب می شوند . Hexarotor و Octarotor ها نیز نوع های شش و هشت محرکه می باشند . هر چه تعداد محرکه ها افزایش می یابد میزان بار قابل حمل روبات بالاتر می رود و در نتیجه میزان انرژی و توان استفاده شده در آنها نیز بالا می رود .
1-3- معرفی Quadrotor
Quadrotor یک روبات پرنده عمود پرواز (VTOL) است که دارای چهار محرکه می باشد . محرکه ها بسته به توان و نوع روبات می تواند متفاوت باشد و انتخاب موتور مناسب با توجه به میزان گشتاور تولید شده ) Thrust ( می باشد . ساختار کلی آن به صورت متقارن و به شکل زیر است . با توجه به گشتاور زاویه ایی تولید شده هر موتور ، جهت چرخش آن ها اهمیت دارد و به صورت یکی در میان دو به دو هم جهت می باشد . یعنی موتور اول و سوم در جهت عقربه های ساعت و موتور دوم و چهارم خلاف جهت عقربه های ساعت می چرخند .
برای به پرواز در آمدن Quadrotor باید چهار موتور آن به صورت مساوی نیروی لازم برای مقابله با جاذبه زمین را تولید کنند که وابسته به جرم کلی آن و میزان بار (Payload) متفاوت خواهد بود . در ادامه برای توضیح بهتر نحوه حرکت از اصلاحات استاندارد استفاده می کنیم .
به معلق ماندن در هوا عمل Hover گفته می شود . برای این که روبات در هوا معلق بماند باید موتور ها نیروی جاذبه را خنثی کنند . به چرخش حول محور Z ، Yaw گفته می شود برای این که روبات ساعت گرد حول محور Z بچرخد باید موتورهای 1 و 3 قوی تر و موتورهای 2 و 4 ضعیف تر بچرخند و برای چرخش پاد ساعت گرد عکس این عمل صورت می گیرد . به چرخش حول محور X ، Roll گفته می شود و باید موتور 2 ضعیف تر و موتور 4 قوی تر بچرخند . به چرخش حول محور Y ، Pitch گفته می شود و باید موتور 3 قوی تر و موتور 1 ضعیفتر بچرخد . باید توجه کرد که هنگامی که روبات دارد در یک جهت حرکت می کند میزان قدرت هر چهار موتور افزایش یافته تا حرکت به سمت پایین آن جبران شود این نکته را در بخش معرفی مدل ریاضی به صورت دقیق تر توضیح داده شده است .
برای پایداری و حفظ تعادل روبات باید از کنترلر مناسبی استفاده کنیم . پس درک مدل ریاضی روبات از اهمیت بالایی برخوردار است . در بخشهای بعدی پس از معرفی مدل و شبیه سازی آن به ارایه کنترلر می پ
مقاله در مورد طراحی و پیاده سازی روبات پرنده عمود
