طراحي و ساخت يك ربات ماهي با دم انعطاف پذير و كنترل حركت آن با كنترلر فازي

Design and fabrication of a robotic fish with flexible tail and the control of its movement using Fuzzy Logic Controller

در اين مقاله طراحي، ساخت و كنترل يك ربات ماهي با دم انعطاف پذير ارائه شده است. در ابتدا تاريخچه اي از رباتماهي ها، الگوريتم هاي كنترلي مورد استفاده و پژوهشهاي صورت گرفته در اين حوزه مورد بررسي قرار گرفت. در ادامه، مكانيزم حركتي ربات پيشنهادي ارائه شده و طراحي‌ بخش هاي مكانيكي و الكتريكي آن به تفصيل مورد بررسي قرار ميگيرد. در طراحي ربات پيشنهادي، ابعاد و ساختار آن از يك ماهي قزل آلاي رنگين كمان الگو برداري شده است. سازه ربات ماهي مورد نظر از دو قسمت مشتمل بر بدن و دم انعطاف پذير تشكيل شده است. براي ايجاد حركت نوساني دم از يك سروموتور بهره گرفته شده كه در آن حركت نوساني با مدولاسيون پهناي پالس كنترل ميگردد. بخش الكتريكي ربات شامل برد الكتريكي، مدارهاي الكترونيكي و ميكرو كنترلر روي يك شاسي آلومينومي نصب گرديده و پس از قرار گرفتن در محفظه مورد نظر آب بندي گرديد. دم انعطاف پذير به انتهاي محفظه آب بندي شده متصل و انتقال نيروي عملگر الكتريكي به آن توسط پولي و كابل سيمي كششي صورت گرفت. با عنايت به اينكه سيستم ديناميكي مورد نظر غير خطي است از يك كنترلر فازي براي كنترل حركت ربات ماهي جهت رسيدن به هدف بهره گرفته شد. حركت ربات ماهي در فرايند حلقه بسته توسط نرم افزار متلب شبيه سازي گرديد و عملكرد آن به صورت تجربي در يك محيط محدود مورد آزمايش قرار گرفت. عملكرد قابل قبول اين ربات در كنار سادگي طراحي آن از ويژگيهاي بارز سيستم پيشنهادي است.

In this paper design, fabrication and control of a robotic fish with flexible tail was presented. First, the short introduction of the robotic fish and its common control algorithms were reviewed. In the next step, the proposed mechanism of the robotic fish and its design procedure of the mechanical and electrical subsystems were explained. Mimic of the proposed robot was inspired from the Rainbow trout. The mechanical structure of the robotic fish consists of a body and a flexible tail. Oscillatory actuation of the tail was carried out utilizing a servomotor which was manipulated by pulse width modulation signal. The electrical subsystem of the proposed robot containing the electrical boards, electronic circuits, and a microcontroller are installed on the Aluminum platform which is located in a sealed case. The flexible tail is attached to the end-side of the sealed case, and the actuating force is transferred to the tail utilizing pulley and cable mechanism. Since the dynamics of the system under investigation is nonlinear, a fuzzy logic controller is proposed to control the movement of the robot for goal seeking purpose. The closed loop simulation of the system was carried using MATLAB software. In addition, experimental investigation of the robotic fish was performed in the laboratory.