Artigo Robô móvel lógica Fuzzy

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Artigo Robô móvel lógica Fuzzy

  1. 1. Introdu¸c˜ao Descri¸c˜ao do problema Aproxima¸c˜ao do Seguidor de Caminho Simula¸c˜oes Referˆencias Uma Aproxima¸c˜ao em Tempo Real de Seguidor de Caminho para um Robˆo M´ovel com Rodas T´elico J. de O. Silva Filho Universidade Federal do Rio Grande do Norte telico@yahoo.com.br 19 de mar¸co de 2014 T´elico J. de O. Silva Filho Short title
  2. 2. Introdu¸c˜ao Descri¸c˜ao do problema Aproxima¸c˜ao do Seguidor de Caminho Simula¸c˜oes Referˆencias Overview 1 Introdu¸c˜ao 2 Descri¸c˜ao do problema 3 Aproxima¸c˜ao do Seguidor de Caminho Estrat´egia de l´ogica fuzzy 4 Simula¸c˜oes 5 Referˆencias T´elico J. de O. Silva Filho Short title
  3. 3. Introdu¸c˜ao Descri¸c˜ao do problema Aproxima¸c˜ao do Seguidor de Caminho Simula¸c˜oes Referˆencias Introdu¸c˜ao T´elico J. de O. Silva Filho Short title
  4. 4. Introdu¸c˜ao Descri¸c˜ao do problema Aproxima¸c˜ao do Seguidor de Caminho Simula¸c˜oes Referˆencias Introdu¸c˜ao O problema do robˆo seguidor de caminho ´e de extrema importˆancia na ´area de controle. T´elico J. de O. Silva Filho Short title
  5. 5. Introdu¸c˜ao Descri¸c˜ao do problema Aproxima¸c˜ao do Seguidor de Caminho Simula¸c˜oes Referˆencias Introdu¸c˜ao O problema do robˆo seguidor de caminho ´e de extrema importˆancia na ´area de controle. Na d´ecada passada, controladores fuzzy foram rapidamente desenvolvidos devido `a sua robustˆez e simplicidade. T´elico J. de O. Silva Filho Short title
  6. 6. Introdu¸c˜ao Descri¸c˜ao do problema Aproxima¸c˜ao do Seguidor de Caminho Simula¸c˜oes Referˆencias Introdu¸c˜ao O problema do robˆo seguidor de caminho ´e de extrema importˆancia na ´area de controle. Na d´ecada passada, controladores fuzzy foram rapidamente desenvolvidos devido `a sua robustˆez e simplicidade. Baturone et al. propuzeram um sistema de controle fuzzy para um robˆo autˆonomo como carro com um esquema hier´arquico que combina v´arios m´odulos trabalhando em paralelo. T´elico J. de O. Silva Filho Short title
  7. 7. Introdu¸c˜ao Descri¸c˜ao do problema Aproxima¸c˜ao do Seguidor de Caminho Simula¸c˜oes Referˆencias Introdu¸c˜ao O problema do robˆo seguidor de caminho ´e de extrema importˆancia na ´area de controle. Na d´ecada passada, controladores fuzzy foram rapidamente desenvolvidos devido `a sua robustˆez e simplicidade. Baturone et al. propuzeram um sistema de controle fuzzy para um robˆo autˆonomo como carro com um esquema hier´arquico que combina v´arios m´odulos trabalhando em paralelo. Hwang et al. combinaram t´ecnicas de l´ogica fuzzy e redes neurais para um robˆo m´ovel seguidor de caminho. T´elico J. de O. Silva Filho Short title
  8. 8. Introdu¸c˜ao Descri¸c˜ao do problema Aproxima¸c˜ao do Seguidor de Caminho Simula¸c˜oes Referˆencias Introdu¸c˜ao O problema do robˆo seguidor de caminho ´e de extrema importˆancia na ´area de controle. Na d´ecada passada, controladores fuzzy foram rapidamente desenvolvidos devido `a sua robustˆez e simplicidade. Baturone et al. propuzeram um sistema de controle fuzzy para um robˆo autˆonomo como carro com um esquema hier´arquico que combina v´arios m´odulos trabalhando em paralelo. Hwang et al. combinaram t´ecnicas de l´ogica fuzzy e redes neurais para um robˆo m´ovel seguidor de caminho. Antonelli et al. sugeriram uma aproxima¸c˜ao de seguidor de caminho baseada em um conjunto de regras de l´ogica fuzzy, o qual emula o comportamento humano ao dirigir. T´elico J. de O. Silva Filho Short title
  9. 9. Introdu¸c˜ao Descri¸c˜ao do problema Aproxima¸c˜ao do Seguidor de Caminho Simula¸c˜oes Referˆencias Introdu¸c˜ao T´elico J. de O. Silva Filho Short title
  10. 10. Introdu¸c˜ao Descri¸c˜ao do problema Aproxima¸c˜ao do Seguidor de Caminho Simula¸c˜oes Referˆencias Introdu¸c˜ao O presente trabalho prop˜oe uma aproxima¸c˜ao de seguidor de caminho em tempo real baseado em l´ogica fuzzy para um robˆo movel com rodas. T´elico J. de O. Silva Filho Short title
  11. 11. Introdu¸c˜ao Descri¸c˜ao do problema Aproxima¸c˜ao do Seguidor de Caminho Simula¸c˜oes Referˆencias Introdu¸c˜ao O presente trabalho prop˜oe uma aproxima¸c˜ao de seguidor de caminho em tempo real baseado em l´ogica fuzzy para um robˆo movel com rodas. ´E definido um conceito de tempo virtual o qual ser´a necess´ario para que o robˆo siga um caminho virtual esperado o qual ´e baseado em um caminho real. T´elico J. de O. Silva Filho Short title
  12. 12. Introdu¸c˜ao Descri¸c˜ao do problema Aproxima¸c˜ao do Seguidor de Caminho Simula¸c˜oes Referˆencias Introdu¸c˜ao O presente trabalho prop˜oe uma aproxima¸c˜ao de seguidor de caminho em tempo real baseado em l´ogica fuzzy para um robˆo movel com rodas. ´E definido um conceito de tempo virtual o qual ser´a necess´ario para que o robˆo siga um caminho virtual esperado o qual ´e baseado em um caminho real. Os resultados do m´etodo aplicado a um caminho em formato de Z mostraram efetividade. T´elico J. de O. Silva Filho Short title
  13. 13. Introdu¸c˜ao Descri¸c˜ao do problema Aproxima¸c˜ao do Seguidor de Caminho Simula¸c˜oes Referˆencias Descri¸c˜ao do problema T´elico J. de O. Silva Filho Short title
  14. 14. Introdu¸c˜ao Descri¸c˜ao do problema Aproxima¸c˜ao do Seguidor de Caminho Simula¸c˜oes Referˆencias Descri¸c˜ao do problema Assumimos que o robˆo m´ovel com rodas ´e como um monociclo sob restri¸c˜oes de rolamento perfeito essas restri¸c˜oes podem ser definidas pela eq (1), onde x e y s˜ao as coordenadas do robˆo e θ ´e o ˆangulo do robˆo com rela¸c˜ao ao eixo horizontal. T´elico J. de O. Silva Filho Short title
  15. 15. Introdu¸c˜ao Descri¸c˜ao do problema Aproxima¸c˜ao do Seguidor de Caminho Simula¸c˜oes Referˆencias Descri¸c˜ao do problema Figura: Parˆametros cinem´aticos do robˆo m´ovel T´elico J. de O. Silva Filho Short title
  16. 16. Introdu¸c˜ao Descri¸c˜ao do problema Aproxima¸c˜ao do Seguidor de Caminho Simula¸c˜oes Referˆencias Descri¸c˜ao do problema ˙x = v(t)cosθ(t) ˙y = v(t)senθ(t) ˙θ = ω(t) (1) ˙xsenθ − ˙ycosθ = 0 (2) T´elico J. de O. Silva Filho Short title
  17. 17. Introdu¸c˜ao Descri¸c˜ao do problema Aproxima¸c˜ao do Seguidor de Caminho Simula¸c˜oes Referˆencias Descri¸c˜ao do problema T´elico J. de O. Silva Filho Short title
  18. 18. Introdu¸c˜ao Descri¸c˜ao do problema Aproxima¸c˜ao do Seguidor de Caminho Simula¸c˜oes Referˆencias Descri¸c˜ao do problema A postura do robˆo no tempo tk ´e definida na equa¸c˜ao a seguir onde T ´e o per´ıodo amostral e tk = KT P(tK ) = [x(tK ), y(tK )]T (3) T´elico J. de O. Silva Filho Short title
  19. 19. Introdu¸c˜ao Descri¸c˜ao do problema Aproxima¸c˜ao do Seguidor de Caminho Simula¸c˜oes Referˆencias Restri¸c˜oes Restri¸c˜ao 1 O caminho desejado Pd ´e composto de um conjunto de pontos discretos gerados em tempo real. A vari´avel Pd denota o ponto a ser seguido em tempo real. Ou seja: Pd (t0) = Pd (0) Pd (t1) = (Pd (0), Pd (T)) Pd (t1) = (Pd (0), Pd (T), Pd (2T)) ... Pd (tK ) = (Pd (0), Pd (T), Pd (2T), ...Pd (KT)) (4) T´elico J. de O. Silva Filho Short title
  20. 20. Introdu¸c˜ao Descri¸c˜ao do problema Aproxima¸c˜ao do Seguidor de Caminho Simula¸c˜oes Referˆencias Restri¸c˜oes Restri¸c˜ao 2 A velocidade linear do robˆo n˜ao pode exceder a velocidade m´axima de um robˆo real. |v(t)| ≤ vmax (5) T´elico J. de O. Silva Filho Short title
  21. 21. Introdu¸c˜ao Descri¸c˜ao do problema Aproxima¸c˜ao do Seguidor de Caminho Simula¸c˜oes Referˆencias Estrat´egia de l´ogica fuzzy Aproxima¸c˜ao do Seguidor de Caminho Defini¸c˜ao 1 A vari´avel C ´e uma curvatura da trajet´oria m´ovel do robˆo em tempo corrente. A vari´avel Cm ´e a curvatura m´axima que pode ser alcan¸cada pelo robˆo com velocidade linear e angular correntes. A vari´avel Cdm ´e a curvatura m´axima do caminho desejado `a frente. ωmax ´e a velocidade angular m´axima do robˆo. C(tk) = ω(tk) v(tk) (6) T´elico J. de O. Silva Filho Short title
  22. 22. Introdu¸c˜ao Descri¸c˜ao do problema Aproxima¸c˜ao do Seguidor de Caminho Simula¸c˜oes Referˆencias Estrat´egia de l´ogica fuzzy Aproxima¸c˜ao do Seguidor de Caminho Defini¸c˜ao 1 Cm(tk) = ωmax v(tk) (7) Cdm(tk) = max ˙θ(t) || ˙Pd (tk)|| (8) T´elico J. de O. Silva Filho Short title
  23. 23. Introdu¸c˜ao Descri¸c˜ao do problema Aproxima¸c˜ao do Seguidor de Caminho Simula¸c˜oes Referˆencias Estrat´egia de l´ogica fuzzy Defini¸c˜ao 2 A vari´avel Cr ´e o raz˜ao entre Cd m e Cm. Quando Cr ≤ 1, o robˆo pode seguir o caminho desejado com sucesso, contudo, quando Cr > 1, o robˆo ir´a falhar. Cr (tK ) = Cdm(tK ) Cm(tK ) (9) T´elico J. de O. Silva Filho Short title
  24. 24. Introdu¸c˜ao Descri¸c˜ao do problema Aproxima¸c˜ao do Seguidor de Caminho Simula¸c˜oes Referˆencias Estrat´egia de l´ogica fuzzy Defini¸c˜ao 3 A vari´avel τ(tK ) define o tempo virtual para seguir o caminho virtual desejado derivado do caminho verdadeiro. τk = |vm(tk)| |v(tk)| tk (10) T´elico J. de O. Silva Filho Short title
  25. 25. Introdu¸c˜ao Descri¸c˜ao do problema Aproxima¸c˜ao do Seguidor de Caminho Simula¸c˜oes Referˆencias Estrat´egia de l´ogica fuzzy Defini¸c˜ao 4 A vari´avel dm denota a distˆancia relativa entre o robˆo e o ponto do caminho com a curvatura m´axima Cd m do caminho. T´elico J. de O. Silva Filho Short title
  26. 26. Introdu¸c˜ao Descri¸c˜ao do problema Aproxima¸c˜ao do Seguidor de Caminho Simula¸c˜oes Referˆencias Estrat´egia de l´ogica fuzzy Estrat´egia de l´ogica fuzzy As entradas do controlador por l´ogica fuzzy s˜ao vari´aveis lingu´ısticas de curvatura Cr e distˆancia relativa dm a sa´ıda ´e a velocidade linear m´axima vm(tk) para um bom percurso. As fun¸c˜oes de associa¸c˜ao de dm e Cr s˜ao ambas triangulares e foram normalizadas. Elas se referem ao comportamento humano de dirigir. α ´e um parˆametro entre 0 e 1. T´elico J. de O. Silva Filho Short title
  27. 27. Introdu¸c˜ao Descri¸c˜ao do problema Aproxima¸c˜ao do Seguidor de Caminho Simula¸c˜oes Referˆencias Estrat´egia de l´ogica fuzzy Estrat´egia de l´ogica fuzzy Cr dm Small Apropriate Large Close vm(tK ) vm(tK ) vm(tK ) 1 αvm(tk−1) vm(tk−1) αvm(tk−1) Medium vm(tK ) vm(tK ) vm(tK ) 1 αvm(tk−1) vm(tk−1) vm(tk−1) Far vm(tK ) vm(tK ) vm(tK ) 1 αvm(tk−1) 1 α vm(tk−1) 1 αvm(tk−1) Tabela: Estrat´egia por l´ogica fuzzy T´elico J. de O. Silva Filho Short title
  28. 28. Introdu¸c˜ao Descri¸c˜ao do problema Aproxima¸c˜ao do Seguidor de Caminho Simula¸c˜oes Referˆencias Simula¸c˜oes Os parˆametros usados na simula¸c˜ao foram T = 0.1s, α = 0.9, vmax = 0.3m/s. Figura: Caminho em formato de Z a ser seguido Figura: O caminho virtual seguido T´elico J. de O. Silva Filho Short title
  29. 29. Introdu¸c˜ao Descri¸c˜ao do problema Aproxima¸c˜ao do Seguidor de Caminho Simula¸c˜oes Referˆencias Simula¸c˜oes Figura: O tempo real e o tempo virtual Figura: O caminho completo desenvolvido T´elico J. de O. Silva Filho Short title
  30. 30. Introdu¸c˜ao Descri¸c˜ao do problema Aproxima¸c˜ao do Seguidor de Caminho Simula¸c˜oes Referˆencias Simula¸c˜oes Figura: O caminho virtual gerado Figura: A sa´ıda da estrat´egia fuzzy:vm(tK ) T´elico J. de O. Silva Filho Short title
  31. 31. Introdu¸c˜ao Descri¸c˜ao do problema Aproxima¸c˜ao do Seguidor de Caminho Simula¸c˜oes Referˆencias Simula¸c˜oes Figura: Velocidade linear do robˆo Figura: O caminho completo desenvolvido T´elico J. de O. Silva Filho Short title
  32. 32. Introdu¸c˜ao Descri¸c˜ao do problema Aproxima¸c˜ao do Seguidor de Caminho Simula¸c˜oes Referˆencias References R. Andres (2011) Formation control and trajectory of mobile robotics systems-a Linear Algebra approach Robotica vol. 29, pp. 335 – 349. Y. W. Huang (2010) The path tracking controller based on dynamic model with slip for one four-wheeled OMR Industrial Robot: An International Journal Vol.12, 193 – 201. I. Baturone (2004) Automatic design of fuzzy controllers for car-like autonomous robots IEEE transactions on Fuzzy Systems 12(3), 447 – 465. C. L Hwang (2007) Network-based fuzzy decentralized sliding-mode control for car-like robots IEEE transactions on industrial electronics vol. 54, 574 – 585. A. Gianluca (2007)T´elico J. de O. Silva Filho Short title
  33. 33. Introdu¸c˜ao Descri¸c˜ao do problema Aproxima¸c˜ao do Seguidor de Caminho Simula¸c˜oes Referˆencias Fim T´elico J. de O. Silva Filho Short title

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