בקרת נסיעה של רובוט באמצעות

Fuzzy Logicמאת גיא יונה

בהנחיית דר' ראובן גרנות

רקע לפרויקט

במחלקה להנדסה חקלאית התארגנה קבוצה • גלגלי( למשימות 4להפעלת רכב חשמלי אוטונומי )

חקלאיות בשדה תירס. להפעלת הרכב.HLCשלב ראשון: תכנון בקר •בעיות בצוות: •

בעיות חומרה: בקרי הסרוו עדיין בשלבי פיתוח. 1.

התקדמות איטית במשימות המשנה.2.

משימתי: תמיכה כללית מהיבט הבקרה, וחומרה •אלקטרונית.

הוחלט להגדיר את המשימה עבור רכב הנמצא בהישג ידי, בעל הנעה דיפרנציאלית. מגמה כללית שהפתרון יהיה ניתן להסבה לפרויקט

המתבצע בהנדסה חקלאית.

הגדרת הפרוייקט:

in-door הדגמה של נסיעת רובוט

בהיגוי דיפרנציאלי.

דרישות

רובוט מעבדתיתנועה במסלול כללי1.

אי-חריגה מחצי מרחק בין 2.הגלגלים

מהירות יחסית איטית =< 3.תנועה לאורך קווים ישרים

וסיבוב במקום.

אודומטריה4.

יעילתכנון תנועה 5.

פרויקט בהנ. חקלאיתתנועה בקווים ישרים1.

אי-חריגה מרוחב השביל 2.בשדה תירס

תנועה יחסית איטית – 3.הרכב מבצע עבודה

החיישנים: מצלמה בלבד4.

הבקרה שלי היא בחירת המהירות המתאימה לקטעי המסלול השונים.

שכבות הבקרה

.1Low Level Control )Servo( בקר :אות פרופורציונלי ספרתי.

אות הכניסה: מהירות רצויה.יציאה: מתח אפקטיבי למנוע.

.2High Level Control)בקר פאזי )חוג פתוח :כניסה: מסלול נסיעה רצוי.

יציאות: מהירויות רצויות עבור כל גלגל

כל אחד מהבקרים מומש על גבי מעבד נפרד.

משימות משנה

הרובוט, בעל הנעה דיפרנציאלית, צריך להיות מסוגל:

להסתובב בזוית נתונה1.

לנוע בקו ישר באורך נתון2.

לעצור3.

כמו כן על התוכנה להיות מתאימה לסגירת החוג ע"י חיישנים אופציונליים אחרים.

משאבים

פלטפורמת רכב דיפרנציאלי בעל אנקודרים המוצבים על צירי המנועים •)הרובוט בעל חיישנים ומערכות נוספות, שאינן בשימוש(.

של מוטורולה.HC12מיקרו-בקר •.Compulab של 586coreמחשב לוח-בודד •.AxIDE, Visual Studio 6.0סביבות פיתוח: •.++C לתכנות פאזי ב-FFLLספריית תוכנה •

שלבים בביצוע הפרויקט

התאמת חומרת הרובוט לפעילות הצפויה.1.

פרופורציונלי עבור מהירות LLCכתיבת בקר 2.הגלגלים.

יצירת פרוטוקול תקשורת טורית בין הבקר 3.למחשב

והתאמת תוכנת הרובוט FFLLהכרת ספרית 4.אליה.

עבור המשימהFuzzy Logicתכנון ותכנות בקר 5.

ביצוע ניסויים ובדיקת פעילות הבקר.6.

דיאגרמת המערכת

בקרת נסיעה

Fuzzy Logic

קובץ מסלול

LLC

מנועים חיישנים

wantedLV LV

Kמנוע שמאל

אנקודר

+

-

PWM

motorN

measureNmeasuredLV

wantedRV RV

Kמנוע ימין

אנקודר

+

-

PWM

motorN

measureNmeasured

RV

מאפייני בקר המהירות

הכולל המרת 0.25בקר פרופורציונלי )מקדם •יח'(

זהה עבור שני המנועים•

.8.125msבקרה ספרתית במרווחי דגימה של •

סגירת החוג הינה ע"י מדידת גודל הסיבוב •שעבר ציר המנוע בכל מרווח דגימה.

HC12ממומש בשפת אסמבלי על בקר מסוג •של מוטורולה.

מהירות 0.367m/s ללא עומס

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

1 2 3 4 5 6 7

)x8.125ms( זמן

sp

ee

d )

m/s

( /

PW

M)%

(

L

R

L

R

מהירות 0.524m/s עם עומס

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

)x8.125ms( זמן

spee

d )

m/s

( /

PW

M)%

(

L

R

L

R

מהירות 0.21m/s עם עומס

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

)x8.125ms( זמן

sp

ee

d )

m/s

( / P

WM

)%(

L

R

L

R

קווים מנחים לתכן הבקר הפאזי

יש להתחיל נסיעה במהירות נמוכה•

לא רצוי להאיץ או להאט בפתאומיות•

יש להאט מראש לפני פנייה, וככל שהיא חדה •יותר יש להאט מוקדם יותר.

יש להתאים את מהירות הנסיעה לסוג הקרקע.•

החוקים הפאזיים – נסיעה ישרה

אם המרחק קצר וגם המהירות נמוכה =< מהירות נמוכה1.

אם המרחק קצר וגם המהירות בינונית =< מהירות נמוכה2.

אם המרחק קצר וגם המהירות גבוהה =< מהירות בינונית3.

אם המרחק בינוני וגם המהירות נמוכה =< מהירות בינונית4.

אם המרחק בינוני וגם המהירות בינונית =< מהירות בינונית5.

אם המרחק בינוני וגם המהירות גבוהה =< מהירות בינונית6.

אם המרחק ארוך וגם המהירות נמוכה =< מהירות בינונית7.

אם המרחק ארוך וגם המהירות בינונית =< מהירות גבוהה8.

אם המרחק ארוך וגם המהירות נמוכה =< מהירות גבוהה9.

החוקים הפאזיים – סיבוב במקום

אם הזוית קטנה וגם המהירות נמוכה =< מהירות נמוכה1.

אם הזוית קטנה וגם המהירות בינונית =< מהירות נמוכה2.

אם הזוית קטנה וגם המהירות גבוהה =< מהירות בינונית3.

אם הזוית בינונית וגם המהירות נמוכה =< מהירות בינונית4.

אם הזוית בינונית וגם המהירות בינונית =< מהירות בינונית5.

אם הזוית בינונית וגם המהירות גבוהה =< מהירות בינונית6.

אם הזוית גדולה וגם המהירות נמוכה =< מהירות בינונית7.

אם הזוית גדולה וגם המהירות בינונית =< מהירות גבוהה8.

אם הזוית גדולה וגם המהירות נמוכה =< מהירות גבוהה9.

פונקציות השייכות

Length

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

cm

Angle Magnitude

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 15 30 45 60 75 90

degrees

Current Speed

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

comm units

Speed

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

comm units

תוצאות

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

1 2 3 4

Check Point

Err

or

[cm

]

מסקנות

ניתן לקבל בקרת מסלול טובה ע"י בקר פאזי מהסוג שהוצג •בפרויקט.

יש צורך בכיול רב כדי להגיע לתוצאות משביעות רצון במהלך •תכן פאזי.

על מנת לפתור את הבעיה terms 3ניתן להסתפק במערכת •שהוצגה.

מהווה פתרון חלקי מאוד עבור תכן FFLLספרית התוכנה •מערכות פאזיות, ואינה נוחה לשימוש.

ניתן לסגור את חוג בקרת המסלול ע"י חיישני אודומטריה או •מצלמה. תוספת חוקים לבקר הפאזי הינה פשוטה מאוד.

לא התייחסתי לתזוזת הקרקע. לשם כך יש לטפל בבעיית •הלוקליזציה.