رادمان پژوه هوشمند تهران

ارائه مقاله با عنوان ﻃﺮﺍﺣﯽ ﻭ ﺗﻮﺳﻌﻪ ﺍﻟﮕﻮﺭﯾﺘﻢ ﺭﺍﻩ ﺭﻓﺘﻦ ﺭﺑﺎﺕ ﺍﻧﺴﺎﻥ ﻧﻤﺎﯼ ﻓﻮﺗﺒﺎﻟﯿﺴﺖ

1398-02-13 در 08:33

از آخرین نوشته های اعضای تیم می توان به ارائه مقاله ای با عنوان طراحی و توسعه الگوریتم راه رفتن ربات انسان نمای فوتبالیست اشاره داشت. ﻫﺪﻑ ﺍﺯ ﺍﯾﻦ ﻣﻘﺎﻟﻪ، ﻃﺮﺍﺣﯽ ﻭ ﺗﻮﺳﻌﻪ ﺍﻟﮕﻮﺭﯾﺘﻢ ﺭﺍﻩ ﺭﻓﺘﻦ ﻭ ﮐﻨﺘﺮﻝ ﺗﻌﺎﺩﻝ ﺭﺑﺎﺕ ﺍﻧﺴﺎﻥ ﻧﻤﺎﯼ ﻓﻮﺗﺒﺎﻟﯿﺴﺖ ﻣﯽ ﺑﺎﺷﺪ. ﺩﺭ ﺍﯾﻦ ﺭﺍﺳﺘﺎ ﺍﺑﺘﺪﺍﺑﻪ ﻣﻌﺮﻓﯽ ﻣﺸﺨﺼﺎﺕ ﻣﮑﺎﻧﯿﮑﯽ ﻭ ﻓﯿﺰﯾﮑﯽ ﺭﺑﺎﺕ ﻃﺮﺍﺣﯽ ﺷﺪﻩ ﻣﯽ ﭘﺮﺩﺍﺯﯾﻢ. ﺳﭙﺲ ﺑﺎ ﺍﺭﺍﯾﻪ ﻣﻌﺎﺩﻻﺕ ﺳﯿﻨﻤﺎﺗﯿﮏ ﻣﻌﮑﻮﺱ ﺑﻪ ﺭﻭﺵ ﻣﺜﻼﺗﯽ ﻣﻘﺪﻣﺎﺕ ﻻﺯﻡ ﺟﻬﺖ ﭘﯿﺎﺩﻩ ﺳﺎﺯﯼ ﺍﻟﮕﻮﺭﯾﺘﻢ ﺭﺍﻩ ﺭﻓﺘﻦ ﺭﺍ ﻓﺮﺍﻫﻢ ﺧﻮﺍﻫﯿﻢ ﻧﻤﻮﺩ. ﺩﺭ ﺍﺩﺍﻣﻪ ﺑﻪ ﺑﺮﺭﺳﯽ ﻭ ﻣﻌﺮﻓﯽ ﺭﻭﺵ ﻣﻮﺭﺩ ﻧﻈﺮ ﺑﻪ ﻣﻨﻈﻮﺭ ﺭﺍﻩ ﺭﻓﺘﻦ ﺭﺑﺎﺕ ﺧﻮﺍﻫﯿﻢ ﭘﺮﺩﺍﺧﺖ. ﺭﻭﺵ ﺍﻧﺘﺨﺎﺏ ﺷﺪﻩ ﻣﺒﺘﻨﯽ ﺑﺮ ﻣﻮﺝ ﻫﺎﯼ ﺳﯿﻨﻮﺳﯽ ﻣﯽ ﺑﺎﺷﺪ ﮐﻪ ﺗﻮﺳﻂ ﻣﻮﻟﺪ ﻣﺮﮐﺰﯼ ﺍﻟﮕﻮﯼ ﺳﯿﻨﻮﺳﯽ ﺗﻮﻟﯿﺪ ﺧﻮﺍﻫﻨﺪ ﺷﺪ. ﺩﺭ ﺍﯾﻦ ﺭﻭﺵ ﺍﻟﮕﻮﺭﯾﺘﻢ ﺭﺍﻩ ﺭﻓﺘﻦ ﺑﻪ ﮐﻤﮏ ﭘﺎﺭﺍﻣﺘﺮﻫﺎﯾﯽ ﻣﻌﻨﺎﺩﺍﺭ ﺑﻪ ﻣﻨﻈﻮﺭ ﮐﻨﺘﺮﻝ ﺳﺮﻋﺖ، ﻃﻮﻝ ﮔﺎﻡ، ﻣﯿﺰﺍﻥ ﻧﻮﺳﺎﻥ ﺍﻓﻘﯽ ﻭ ﻣﯿﺰﺍﻥ ﺩﻭﺭﺍﻥ ﺗﻨﻈﯿﻢ ﻣﯽ ﺷﻮﺩ.

طراحی و توسعه الگوریتم راه رفتن ربات انسان نمای فوتبالیست

طراحی و توسعه الگوریتم راه رفتن ربات انسان نمای فوتبالیست

مسابقات ربوکاپ چالش های خارق العاده ای در طراحی، ساخت، کنترل، هوش مصنوعی و رفتار ربات انسان نمای خود مختار ارائه می دهد. ربات ها باید به گونه ای برنامه ریزی شوند علاوه بر برخورداری از سرعت بالای حرکات برای رسیدن به گل، بتوانند وضعیت خود را متعادل نگاه داشته و نسبت به تغییرات محیطی به صورت بر خط عکس العمل نشان دهند. در این مسابقات سرعت عمل ربات ها نقش تعیین کننده ای در نتیاج یک تیم خواهد گذاشت.

همچنین با توجه به محدودیت های سخت افزاری وجود در این عرصه، می بایست از ساده ترین و کارامد ترین روش ها برای حل مسائل بهره جست. از این رو بهینه سازی ربات در تمامی جهات از جمله مکانیک، الکترونیک و نرم افزار از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در نتیجه پژوهشگران فعال در این زمینه همواره در تلاش اند تا ساده ترین روش ها برای مسائل پیش رو را ابداع کنند.

شمای ربات انسان نما با 20 درجه آزادی
شمای ربات انسان نما با 20 درجه آزادی

سینماتیک

اولین گام برای پیاده سازی الگوریتم راه رفتن یک ربات انسان نما تعریف سینماتیک پای ربات می باشد. ربات طراحی شده دارای شش درجه آزادی در هر پا می باشد. مفصل ران دارای سه درجه آزادی به صورت متعامد برای داشتن حرکتی مدور می باشد. زانو دارای یک درجه ی آزادی و مچ پا دارای دو درجه آزادی عمود بر هم می باشند.

کل پا می تواند نسبت به بدنه با پارامتر های کشش پا (فاصله مفصل ران تا مفصل مچ پا)، زاویه پا (زاویه میان صفحه ی لگن و خطی که مفصل ران را به مفصل مچ متصل می سازد) و زاویه کف پا (زاویه میان صفحه کف پا تا صفحه ی لگن) قرار گیرد.

نمای جانبی پای ربات انسان نما در محاسبات سینماتیک
نمای جانبی پای ربات

الگوریتم های راه رفتن

در مسابقات ربوکاپ تعداد زیادی از ربات های انسان نما وجود دارند که هیچ یک از آنها از روش های آکادمیک مانند ZMP برای پیاده سازی الگوریتم راه رفتن بهره نمی برند. بلکه این روبات ها از الگوریتم هایی مبتنی بر پیمایش منحنی هایی با الگوی از پیش تعیین شده برای اعمال به کف پا بهره می برند که عملکرد بسیار مناسبی از خود نشان داده اند.

با بررسی های صورت گرفته می توان نتیجه گرفت امکان تولید تمامی الگوهای مورد نظر با استفاده از یک تابع سینوس وجود دارد. بدین صورت که الگوریتم راه رفتن، موج هایی سینسوسی را در جهت های x، y و z تولید کرده و با دستور به کف پای ربات برای دنبال کردن نمودار های تولید شده در هر سه محور، ربات شروع به راه رفتن خواهد کرد. فرکانس، دامنه و فاز هر یک از موج ها با سعی و خطا و یا با استفاده از روش های یادگیری مبتنی بر شبکه های عصبی بهینه می شوند.

الف) ساعت مرکزی:

فرکانس گام ها توسط یک ساعت مرکزی در بازه -π≤ ∅_Trunk<π تعیین می شود. فرکانس هر پا در بازه -π≤ ∅_leg<π با انتقال فاز بالاتنه به مقدار ±π/2 به دست می آید. نسبت به فاز گام، هر پا نمودار هایی برای زوایای پا، کف پا و همچنین مقدار کشش پا تولید می کند.

ب) راه رفتن در همه جهات:

جهت،سرعت و دوران ِ درح ین راه رفتن به وسیله بردار (v_robot =(v_robot^x,v_robot^y,v_robot^θ تعینن می گردد که در آن v_robot^y بیانگر سرعت ربات در جهت جلو، v_robot^x بیانگر سرعت ربات در طرفین و v_robot^θ بیانگر دوران ربات حول محور عمودی می باشد.
انتقال افقی مرکز جرم ربات، انقباض پا دو عامل تاثیر گذار در تولید حرکت همه جهته می باند. البته انقباض پا در حمایت و تعیین جهت پا در حرکت نقشی ندارد. پای منقبض شده با سرعت در جهت راه رفتن حرکت می کند در حالی که به طور هم زمان پای حمایت کننده بیشترین کشش را دارد و در خلاف جهت راه رفتن به آرامی جابجا می شود.

نتایج

نمودار های تولید شده در راه رفتن به سمت جلو
نمودار های تولید شده در راه رفتن به سمت جلو
نمودار های تولید شده در راه رفتن به طرفین
نمودار های تولید شده در راه رفتن به طرفین

در این روش تلاش شده الگوریتم راه رفتن تا حد امکان پارامتری باشد. از این رو در پیاده سازی رفتار ربات به عنوان مثال هنگام نزدیک شدن به توپ، می توان به آرامی سرعت، جهت حرکت و سرعت دورانی را کاهش داد. بنابراین ربات با دقت بالایی می تواند موقعیت خود را برای شوت کردن به سمت هدف تنظیم کند.

برای اطلاعات بیشتر در رابطه با این مقاله می توانید به این لینک مراجعه کنید.