مروری بر مدل سازی پارامتری و روش های تشخیص هدف رادار با داده های محدود

An Overview of Parametric Modeling and Methods for Radar Target Detection With Limited Data

چکیده
I. مقدمه
II. تشخیص پارامتری در رادار آرایه فازی
III. تشخیص پارامتری در رادارهای MIMO توزیع شده
IV. تشخیص پارامتری در رادار غیر فعال
V. نتیجه گیری
سپاسگزاری
منابع

چکیده

این مقاله به بررسی نتایج اخیر در زمینه استفاده از مدل های پارامتری خود همبسته برای تشخیص تطبیقی هدف رادار می پردازد. به بیان دقیق تر، سه نوع سامانه راداری بررسی می گردد که شامل رادار آرایه فازی با چندین گیرنده و فرستنده هم مکان، رادار چند ورودی چند خروجی توزیع شده (MIMO) با گیرنده ها و فرستنده های گسترده و مکانمند و رادار غیر فعال می شوند. رادارهای غیر فعال با نام فرستنده های مغتنم (IO ها) شناخته می شوند که از منابع موجود بهره می برند. این رادارها در بسیاری از زمینه های نظامی و غیر نظامی کاربرد دارند. در هر سه مورد رادار بیان شده، ما به بررسی این موضوع می پردازیم که چگونه فرآیندهای AR را می توان برای مدل سازی دقیق همبستگی سیگنال بنیادی و برآورد کارآمد آن از داده های محدود به کار برد. با این کار، تشخیص موثر هدف در محیط های پیچیده ناهمگون، در زمانی که محدودیت داده وجود دارد، امکان پذیر می شود. با استفاده از داده های شبیه سازی شده و آزمایشی، عملکرد مدل پارامتری مورد نظر با کمک آشکارگرها نسبت به رویکردهای غیر پارامتری سنتی شرح داده خواهد شد.

I. مقدمه

مدل سازی پارامتری در طراحی و تحلیل سامانه های راداری به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است (مانند (1)-(10)). این مورد از مدل های فیزیکی یا آماری متشکل از چند پارامتر محدود استفاده می کند که در نمایش و پردازش سیگنال توابع رادار کاربرد دارند. از سوی دیگر، مدل های پارامتری مختلفی برای برنامه های راداری وجود دارد مانند نظریه هندسی مدل پراش (1)، مدل مارکوف مخفی (2)، مدل ترکیب گاوسی (3) و مدل خود هبستگی (AR) (4)-(10) و غیره. مدل AR اقدامات پژوهشی گسترده را در زمینه تشخیص هدف رادار به خود جلب کرده است زیرا هم متناسب با مشاهدات گاوسی و هم غیر گاوسی می باشد. علاوه بر این، برآورد پارامتری مدل AR نسبتا ساده است که معمولا شامل حل معادلات خطی سامانه می شود.

V. نتیجه گیری

در این مقاله پژوهشی، ما نشان دادیم که فرآیندهای AR را می توان برای مدل سازی آشوب و سیگنال منبع نامعلوم به کار برد و نیاز به داده های آموزشی برای تشخیص موثر هدف را کاهش داد. تفاوت های مختصری در بکارگیری مدل سازی پارامتری در حل مسائل مختلف تشخیص رادار وجود دارد. به بیان دقیق تر، در رادار آرایه فازی، اختلال به عنوان یک فرآیند AR چند کاناله مدل سازی می شود. در رادار MIMO توزیع شده، مجموعه ای از فرآیندهای AR مقیاس پذیر مستقل برای مدل سازی آشوب مشاهده شده در جفت های مختلف Tx-Rx مورد استفاده قرار می گیرند که قادرند نوسانات را در ساختار آشوب و سطح توان بین زوایای کاوش- مشاهده مختلف ثبت کنند. در نهایت، در رادار غیر فعال، سیگنال IO نامعلوم به عنوان یک فرآیند احتمالی با عضو همبسته در نظر گرفته می شود که می توان آن را با مدل AR ارائه کرد. در تمام موارد، ما نشان داده ایم که مدل سازی AR می تواند بهبود عملکرد قابل ملاحظه ای را در مقایسه با روش های غیر پارامتری سنتی و علی الخصوص زمانی که محدودیت در داده های آموزشی وجود دارد، ارائه کند.

Abstract

This article provides a survey of recent results on exploiting parametric auto-regressive (AR) models for adaptive radar target detection. Specifically, three types of radar systems are considered, including phased-array radar with multiple co-located transmitters and receivers, distributed multi-input multi-output (MIMO) radar with widely and spatially separated transmitters and receivers, and passive radar which uses existing sources as illuminators of opportunity (IOs). These radar systems are of significant interest for a wide range of military and civilian applications. For each of the three types of radars, we discuss how AR processes can be employed to succinctly model the underlying signal correlation and efficiently estimate it from limited data, thus enabling effective target detection in complex non-homogeneous environments when training data is limited. We illustrate the performance of such parametric model assisted detectors relative to conventional non-parametric approaches by using computer simulated and experimental data.

I. INTRODUCTION

Parametric modeling is frequently used in the design and analysis of radar systems (e.g., [1]–[10]). It employs physical or statistical models consisting of a finite number of parameters that are useful in the representation and processing of a signal for radar functions. There are many parametric models available for radar applications, e.g., geometrical theory of diffraction model [1], hidden Markov model [2], compound Gaussian model [3], and auto-regressive (AR) model [4]–[10], etc. The AR model has attracted extensive research efforts for radar target detection since it can fit both Gaussian and non-Gaussian observations. In addition, parameter estimation of the AR model is relatively simple, which usually involves solving a system of linear equations.

V. CONCLUSION

In this survey article, we have shown that AR processes can be employed to model the clutter and unknown source signal to reduce the requirement of training data for effective target detection. There are some subtle differences in applying parametric modeling in solving different radar detection problems. Specifically, in phased-array radar, the disturbance is modeled as multi-channel AR process. For distributed MIMO radar, a set of independent scalar AR processes are used to model the clutter observed at different Tx-Rx pairs, which are capable of capturing the variations in both clutter structure and power level across different probing-observing angles. Finally, for passive radar, the unknown IO signal is treated as an element-correlated stochastic process, which can be represented by an AR model. In all cases, we have demonstrated that AR modeling is able to bring significant performance improvement over conventional non-parametric methods, in particular when training data is limited.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

مروری بر مدل سازی پارامتری و روش های تشخیص هدف رادار با داده های محدود

An Overview of Parametric Modeling and Methods for Radar Target Detection With Limited Data

کنترل کننده PID مبنی بر بهینه سازی ازدحام ذرات (PSO) برای کوادروتور با سنسور مجازی

PSO Based PID Controller for Quadrotor with Virtual Sensor

چکیده

1. مقدمه

2. تخمین زدن متغیرها با استفاده از طرح سنسور مجازی

2.1 شبکه عصبی بازگشتی قطری

2.2 فیلتر توسعه یافته ی کالمن EKF

3.بهینه سازی PID با استفاده از PSO

4. مدل QUADROTOR

5. پیاده سازی و ارزيابي

6. نتیجه گیری

چکیده

توسعه و پیاده سازی های اخیر در سیستم کنترل هوشمند منجر به پیشرفت و توسعه فن آوری سیستم سنسور مجازی شده است. سیستم سنسور مجازی اجازه می دهد تا متغیر های غیر قابل اندازه گیری با دقت پیش بینی شوند، که برای کاهش میزان سنسورهای مورد نیاز نظارت و کنترل یک سیستم، به ویژه برای مورد کنترل یک quadrator بسیار سودمند است. این مقاله تکنیک جدیدی برای طراحی یک کنترل PID با استفاده از سیستم سنجش مجازی، که متشکل از شبکه عصبی بازگشتی قطری (DRNN) و فیلتر کالمن توسعه یافته (EKF) می باشد، ارائه می دهد که متغیر های غیر قابل اندازه گیری در سیستم کوادروتور را  بر اساس وضعیت فعلی و ورودی های کنترلی پیش بینی می کند. تکنیک بهینه سازی زیست شناسی،  بهینه سازی ازدحام ذرات (PSO)، برای استفاده در DRNN برای جلوگیری از هر گونه شرایط فوق العاده محلی پیشنهاد شده است. علاوه بر این، یک کنترل کننده موقعیت PID مبتنی بر PSO نیز برای یکپارچه سازی با سیستم سنسور مجازی برای کنترل یک کوادروتور طراحی شده است.

1. مقدمه

کنترل کننده های مشتق انتگرال نسبی (PID) برای مدت طولانی به ویژه در صنایع مختلف اجرا شده است و بیشتر برای سیستم های یک ورودی یک خروجی (SISO) استفاده شده است. اساسا، روش های تنظیم پارامترهای  کنترل کننده PID با تنظیم مقادیر متناسب، انتگرال و منافع مشتق شده می باشد که برای تولید (Taeib et al., 2013).خروجی یک سیستم کنترل شده و قرار دادن نقطه هدف درست استفاده می شود.  چندین روش برای پیدا کردن متغیرهای هدف وجود دارد مانند Ziegler-Nichols، حاشیه ی تدریجی، ژن ریشه، حداقل واریانس، برنامه ریزی بهبود و غیره، (به عنوان مثال اولین نوشته ها در مورد مسائل Koivo و Tanntu را ببینید،1991، Aström و Hagglund، 1995)، 

6. نتیجه گیری

روشی جایگزین در توسعه PID مبتنی بر PSO برای یک مدل quadrator پیشنهاد شده است. برای همه12 متغیرهای توصیف مدل quadrator، 3 حالت متغیرها، که متغیرهای غیر قابل اندازه گیری هستند، بودند که با استفاده از سیستم سنجش مجازی تخمین زده شدند. سیستم سنسور مجازی با استفاده از روش DRNN با فیلتر EKF یکپارچه شدند،و اجازه دادند تا متغیر ها با استفاده از متغیرهای ثانویه تخمین زده شوند. الگوریتم بهینه سازیPSO در DRNN و در تعیین پارامترهای بهینه کنترل کننده PID استفاده شد. نتایج نشان می دهد که طرح سنجش مجازی متغیر های غیر قابل اندازه گیری را به طور رضایت بخشی بر اساس اطلاعات متغیرهای قابل اندازه گیری یا ثانویه پیش بینی می کند. علاوه بر این، نشان داده شده است که PID مبتنی بر PSO با سنسور مجازی برای quadrator، موقعیت x، y و z را به خوبی برای تغییرات نقطه ای  کنترل می کند. مقایسه نتایج با کنترل PID دستی، عملکرد برتر برای مورد کنترل کننده PID مبتنی بر PSO را نشان داده است.

Abstract

Recent development and implementation on intelligent control system has lead to the development of virtual sensing system technology. Virtual sensing system allows immeasureable state variables to be accurately predicted, which is very beneficial to reduce the amount of sensors required to monitor and control a system, especially for the case of controlling a quadrator. This paper proposes a novel technique to design a PID control using virtual sensing system, consisting of Diagonal Recurrent Neural Network (DRNN) and Extended Kalman Filter (EKF), which predicts the immeasureable states of the quadrator system based on the current states and control inputs. A bio-inspired optimization technique, Particle Swarm Optimization (PSO), is proposed to be applied in DRNN to avoid any possibilities from local extreme condition. Further, a PSO based PID position controller is also developed to be integrated with the designed virtual sensing system to control a quadrator.

1. INTRODUCTION

Proportional Integral Derivative (PID) controllers have been implemented for a long time especially in various industries, and mostly applied for Single Input Single Output (SISO) systems. Basically, tuning methods of PID controller parameters are performed by adjusting the proportional, integral and derivative gains to make the output of a controlled system track a target set-point properly (Taeib et al., 2013). There are several techniques available to find the value of the gains such as Ziegler-Nichols, gain-phase margin, root locus, minimum variance, gain scheduling, etc., (see e.g. first literatures on the issues by Koivo and Tanntu, 1991, Aström and Hagglund, 1995), however, these methods were considered less than optimal for systems that are nonlinear and of higher order. Although in general, until now PID type of controllers are still succesfully applied in many industrial processes as well as in many other applications, nevertheless it has still many limitations.

6. CONCLUSIONS

An alternative method in the development of PSO based PID controller for a quadrator model has been proposed. For all 12 state variables describing the quadrator model, 3 state variables, which are immeasureable variables, have been estimated using virtual sensing system. The virtual sensing system is derived using the DRNN method integrated with EKF, allowing the immeasureable states to be determined from the secondary variables. An optimization algorithm, PSO, is applied both in DRNN and in determining the optimal parameters of PID controller. The results show that the virtual sensing scheme predicts the immeasureable variable of the quadrator’s state variables satisfactorily based on the information from measureable or secondary variables. Further, it is also shown that the proposed PSO based PID control scheme with virtual sensor for the quadrator, control the x, y and z position quite well to set-point changes. Comparing the results with manualy-tuned PID controller, a superior performance is demonstrated for the case of PSO based PID controller.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

کنترل کننده PID مبنی بر بهینه سازی ازدحام ذرات (PSO) برای کوادروتور با سنسور مجازی

PSO Based PID Controller for Quadrotor with Virtual Sensor

بالا بردن دقت ردیابی مسیر برای ربات های صنعتی با کنترل تطبیقی قوی

Enhancing trajectory tracking accuracy for industrial robot with robust adaptive control

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

بالا بردن دقت ردیابی مسیر برای ربات های صنعتی با کنترل تطبیقی قوی

Enhancing trajectory tracking accuracy for industrial robot with robust adaptive control

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

کنترل بازوی ربات با استفاده از شبکه های عصبی: یک نظرسنجی

Robot manipulator control using neural networks: A survey

1 مقدمه
2 مقدمات
3 بازوهای ربات مختلف
3.1 بازوهای اضافی
3.2 بازوهای موازی
3.3 بازوهای کابلی
3.4 بازوهای متحرک
4 روش های شبکه عصبی برای کنترل بازوی مکانیکی
4.1 شبکه عصبی پیشخور
4.1.1 شبکه عصبی پیشخور مبتنی بر انتشار معکوس
4.1.2 شبکه عصبی پیشخور با تابع پایه شعاعی
4.2 شبکه عصبی بازگشتی
4.2.1 شبکه هاپفیلد
4.2.2 شبکه عصبی اسپایکی
4.2.3 ژنراتورهای الگوی مرکزی
4.2.4 شبکه حالت اکو
4.3 شبکه دوگانه
4.4 نظریه های کنترل مدرن و تکنیک های پیشرفته
5 بحث در مورد جهت گیری های آینده
5.1 برنده همه چیز برای کنترل بازوی مکانیکی
5.2 حافظه کوتاه مدت بلند برای کنترل بازوی مکانیکی
6 نتیجه گیری
منابع

چکیده

در سال های اخیر، بازوهای ربات نقش بسیار مهم و قابل توجهی در تحقیقات علمی و برنامه های مهندسی ایفا کرده اند. استفاده از بازوهای مکانیکی برای صرفه جویی در کار و افزایش دقت، در حال تبدیل شدن به شیوه های معمول در صنعت هستند. شبکه های عصبی، که پردازش موازی توزیع شده با سرعت بالا را نشان داده و می توانند به راحتی توسط سخت افزار اجرا شوند، به عنوان یک ابزار قدرتمند برای پردازش بلادرنگ شناخته شده و به طور گسترده و موفقیت آمیز در سیستم های مختلف کنترل به کار گرفته شده اند. به طور خاص، استفاده از شبکه های عصبی برای کنترل بازوهای ربات توجه زیادی را به خود جلب کرده و طرح ها و روش های مختلفی در رابطه با آن پیشنهاد شده و مورد بررسی قرار گرفته است. در این مقاله، ما به بررسی پیشرفت های تحقیقاتی در مورد کنترل بازوی مکانیکی از طریق شبکه های عصبی می پردازیم. مسئله ايجاد كنترل دستكاري و ايده هاي تئوری در مورد استفاده از شبكه عصبي براي حل اين مسئله، ابتدا آنالیز شده و سپس آخرین پيشرفت ها در اين زمينه در سال هاي اخير به طور كامل شرح داده شده و مورد بررسی قرار گرفته است. در نهایت، برای کاربردهای عملی، برخی از جهت گیری های بالقوه که احتمالا شایسته تحقیق در کنترل بازوهای مکانیکی با استفاده از شبکه های عصبی هستند، ذکر شده و مورد بحث و بررسی قرار گرفته اند.

6. نتیجه گیری

به طور خلاصه، دستاوردهای بزرگ کنترل بازوهای مکانیکی با استفاده از شبکه های عصبی، در دو دهه گذشته به دست آمده است. با این حال، هنوز مشکلات جدید بسیاری وجود دارد که باید حل شوند. تمام این پیشرفت های مربوط به آینده، با توسعه تولید پیشرفته و مواد برای انواع مختلف بازوهای ربات و همچنین نظریه ریاضی برای ساخت و توسعه شبکه های عصبی همراه خواهند بود. باید در نظر گرفت که انواع مختلف شبکه های عصبی، محدوده های عملی خود را دارند و نمی توان انتظار داشت که تنها چند نتیجه موجود در مورد شبکه های عصبی بتوانند از عهده تمام مشکلات کنترل موجود در بازوهای مختلف با وظایف مختلف برآیند. هر نوع از شبکه های عصبی، به عنوان مثال، شبکه های عصبی پیشخور، شبکه های عصبی بازگشتی، شبکه های عصبی دوگانه و همچنین اصلاحات آنها، مزایای خاص خود را دارند، که مبادلات مختلفی را بین پیچیدگی محاسباتی و بازده برای کنترل بازوهای ربات در نظر گرفته اند. در نهایت، به دو مسیر احتمالی تحقیقاتی آینده در مورد کنترل بازوهای ربات با استفاده از شبکه های عصبی اشاره شده است، که ممکن است دری برای تحقیق در مورد این موضوع باز کنند.

Abstract

Robot manipulators are playing increasingly significant roles in scientific researches and engineering applications in recent years. Using manipulators to save labors and increase accuracies are becoming common practices in industry. Neural networks, which feature high-speed parallel distributed processing, and can be readily implemented by hardware, have been recognized as a powerful tool for real-time processing and successfully applied widely in various control systems. Particularly, using neural networks for the control of robot manipulators have attracted much attention and various related schemes and methods have been proposed and investigated. In this paper, we make a review of research progress about controlling manipulators by means of neural networks. The problem foundation of manipulator control and the theoretical ideas on using neural network to solve this problem are first analyzed and then the latest progresses on this topic in recent years are described and reviewed in detail. Finally, toward practical applications, some potential directions possibly deserving investigation in controlling manipulators by neural networks are pointed out and discussed.

6 Conclusions

In summary, great achievements for the control of manipulators by means of neural networks have been gained in the last two decades. However, there are still many new problems to be solved. All these future developments will accompany the development of the advanced manufacture and material for various kinds of robot manipulators as well as the mathematical theory for constructing and developing neural networks. Keeping in mind, different kinds of neural networks have their own feasible ranges, and one cannot expect that only a few existing results on neural networks can tackle all the control problems existing in different manipulators with different tasks. Every class of neural networks, for example, feedforward neural networks, recurrent neural networks, dual neural networks as well as their modifications, has their own advantages, which has considered different tradeoffs between computational complexity and efficiency for the control of robot manipulators. Finally, two possible future research directions on control of robot manipulators using neural networks are pointed out, which may open a door to the research on this topic.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

کنترل بازوی ربات با استفاده از شبکه های عصبی: یک نظرسنجی

Robot manipulator control using neural networks: A survey

ادغام داده های چندحسگر با شبکه های عصبی المان

Multisensor data fusion using Elman neural networks

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

ادغام داده های چندحسگر با شبکه های عصبی المان

Multisensor data fusion using Elman neural networks

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

دستگاه هوشمند پوشیدنی دستی برای سیستم تفسیر زبان اشاره با ترکیب حسگرها

Smart Wearable Hand Device for Sign Language Interpretation System With Sensors Fusion

چکیده
1 مقدمه
2 طراحی سیستم
الف ) طراحی سخت افزاری و جریان سیستم
ب) ساز و کار آزمایش
3 روش ها
الف ) پیش پردازش
ب) استخراج ویژگی
ج) دسته بندی کننده اشاره ها
4 نتایج و مباحث
الف ) نتایج آزمایش
ب) کاربرد تفسیر زبان اشاره
5 جمع بندی
منابع

چکیده

استفاده از زبان اشاره یکی از روش های غریزی برای ایجاد ارتباط برای نشان دادن یک منظور یا مقصود خاص می باشد . ازین رو، تحقیقات در رابطه تفسیر زبان نشانه ها با استفاده از حرکت های اشاره ، به صورت گسترده در طول دهه های گذشته، بررسی شده است تا بتوان دستگاه ها و روش های مناسب کمکی برای افراد کر  و لال فراهم شوند تا آن ها بتوانند بدون مشکل، ارتباطات اجتماعی داشته باشند. در این مقاله، یک سیستم تفسیر زبان نشانه ای هوشمند با استفاده از یک دستگاه پوشیدنی دستی  پیشنهاد شده است تا بتوان به هدف مورد نظر دست پیدا کرد. این سیستم های پوشیدنی از 5 سنسور  ترکیبی ، دو سنسور فشاری، یک سنسور حرکتی داخلی با سه محور  استفاده می کند تا مشخصه های الفبای زبان انگلیسی اشاره را شناسایی کند. این سیستم به صورت کلی شامل سه ماژول می باشد : یک دستگاه پوشیدنی با یک ماژول سنسور و یک ماژول پردازش، یک واحد نمایش برنامه موبایل.  داده های سنسور ها با استفاده از یک دسته بندی کننده ماشینی بردار پشتیبان داخلی، تحلیل و دسته  بندی می شود. سپس، الفبای شناسایی شده از طریق ارتباطات کم انرژی بلوتوث به دستگاه موبایل ارسال می شود. یک نرم افزار موبایل مبتنی بر اندروید نیز با عملکرد تبدیل متن به گفتار ایجاد شده است که متن دریافت شده را به صورت خروجی های صوتی تبدیل می کند. نتایج آزمایش ها نشان می دهد که نرخ صحت شناسایی زبان اشاره به صورت 65.7% می باشد که به صورت میانگین در نسخه اول بدون سنسور های فشار، قابل شناسایی می باشد. یک نسخه دوم از سیستم پوشیدنی پیشنهاد شده با ترکیب سنسور های فشاری بر روی انگشت میانی نیز باعث افزایش صحت شناسایی به صور محسوس شد و این مقدار را به 98.2% رساند. سیستم پیشنهاد شده پویشدنی نسبت به روش های موجود عملکرد بهتری دارد، مثلا با وجود این که نور های پس زمینه ای و دیگر عوامل برای روش های پردازش مبتنی بر دید ضروری هستند، اما برای سیستم پیشنهاد شده ضروری نیستند.

5 جمع بندی

در این مطالعه، ما به صورت موفق ، دستگاه های پوشیدنی دستی هوشمند جدیدی را طراحی و اجرا کردیم که می توان با استفاده از طبقه بندی کننده های داخلی SVM از آن به عنوان یک سیستم تفسیر زبان اشاره، استفاده کرد. یک نرم افزار موبایل مبتنی بر اندروید هم در این سیستم توسعه یافته است که برای نمایش کارایی دستگاه هوشمند پوشیدنی با سرویس صوت به گفتار مورد استفاده قرار می گیرد. سوژه های مشارکت کننده در این برنامه ، امتیاز بالایی به این دستگاه هوشمند و سیستم تفسیر از نظر راحتی، انعطاف و قابلیت جابجایی دادند. پایه های نگهدارنده این دستگاه با استفاده از رشته های منعطف به صورت سه بعدی چاپ شد و سپس همین نگهدارنده برای تثبیت بر روی سایزهای مختلف دست و انگشت مورد استفاده قرار گرفت و ازین رو، دیگر نیازی به ساخت دستگاه های سفارشی وجود نداشت. کار های آتی بر روی این سیستم می تواند موضوعاتی مانند طراحی بورد های مدار چاپی با سایز کوچکتر، استفاده از کلمات و جملات در سطح زبان اشاره و  خروجی صوتی فوری را در نظر بگیرد.

Abstract 

Gesturing is an instinctive way of communicating to present a specific meaning or intent. Therefore, research into sign language interpretation using gestures has been explored progressively during recent decades to serve as an auxiliary tool for deaf and mute people to blend into society without barriers. In this paper, a smart sign language interpretation system using a wearable hand device is proposed to meet this purpose. This wearable system utilizes five flex-sensors, two pressure sensors, and a three-axis inertial motion sensor to distinguish the characters in the American sign language alphabet. The entire system mainly consists of three modules: 1) a wearable device with a sensor module; 2) a processing module; and 3) a display unit mobile application module. Sensor data are collected and analyzed using a built-in embedded support vector machine classifier. Subsequently, the recognized alphabet is further transmitted to a mobile device through Bluetooth low energy wireless communication. An Android-based mobile application was developed with a text-to-speech function that converts the received textinto audible voice output. Experiment results indicate that a true sign language recognition accuracy rate of 65.7% can be achieved on average in the first version without pressure sensors. A second version of the proposed wearable system with the fusion of pressure sensors on the middle finger increased the recognition accuracy rate dramatically to 98.2%. The proposed wearable system outperforms the existing method, for instance, although background lights, and other factors are crucial to a vision-based processing method, they are not for the proposed system.

V. CONCLUSION

In this study, we successfully designed and implemented a novel and smart wearable hand device as a sign interpretation system using a built-in SVM classifier. An Android-based mobile application was developed to demonstrate the usability of the proposed smart wearable device with an available text-to-speech service. The participating subjects gave a high rating to the proposed smart wearable sign interpretation system in terms of its comfort, flexibility, and portability. The device holders were 3D-printed using a flexible filament, and the same holders are able to fit different hand and finger sizes, thus eliminating the necessity of custom-made devices. Future work on the proposed smart wearable hand device will consider the design of a smaller sized printed circuit board, the inclusion of words and sentences at the sign language level, and instantly audible voice output components.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

دستگاه هوشمند پوشیدنی دستی برای سیستم تفسیر زبان اشاره با ترکیب حسگرها

Smart Wearable Hand Device for Sign Language Interpretation System With Sensors Fusion

الگوریتم های انرژی هوشمند برای شبکه های سنسور بی سیم (WSN)

Energy Aware Algorithms for Wireless Sensor Networks

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

الگوریتم های انرژی هوشمند برای شبکه های سنسور بی سیم (WSN)

Energy Aware Algorithms for Wireless Sensor Networks

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

دست آوردها و مباحث بی جواب درباره جاسازی حسگر های لمسی و شرح آن ها، در سیستم های پوست الکترونیک

Achievements and Open Issues Toward Embedding Tactile Sensing and Interpretation into Electronic Skin Systems

23-1- مقدمه
23-2- ساختار مکانیکی پوست
23-2-1- مبدل ها و مواد
23-2-2- نمونه ای از ادغام پوست در پلت فرم های موجود رباتیک
23-3- پردازش اطلاعات لمسی
23-4- الزامات محاسباتی
23-4-1- مقطع نگاری امپدانس الکتریکی
23-4-2- هسته کششی
23-5- جمع بندی
منابع

23-1- مقدمه

توسعه پوست الکترونیک ( e پوست) یکی از اهداف چالش بر انگیز است که باید از دیدگاه یک سیستم، مورد ارزیابی قرار بگیرد.
پوست الکترونیک معمولا به عنوان یک آرایش ترکیبی پشته ای به حساب می آید که از حس گر های لمسی ( به صورت مواد ساختار یافته و عملکردی، پردازش سیگنال و اکتساب آن، پردازش سیگنال) و تفسیر داده های آن ها استفاده میکند. ورودی های حسی مشابه ( اما نا محدود) که در اختیار انسان قرار دارند، ورودی های ضروری برای ایجاد کردن بازخورد های ضروری برای بررسی محیط و تعامل با اشیا میباشد.
یک نمونه خاص از این ساختار در شکل 23.1 نشان داده شده است. ( اقتباس شده از مرجع شماره [1]).
لایه پایینی ( زیر لایه) متشکل از مواد ساختاری است که ممکن است صلب ( مانند ساختار های مکانیکی روباتی) و یا نرم باشد. لایه بعدی ( لایه الکترونیک) میزبان مدار های الکترونیک میباشد. الکترونیک متداول معمولا بر روی سطوح بسیار سفت و صاف ( شکننده) قرار میگیرد. اینجا نیاز به تطابق با سطوح منحنی، نیازمند انعطاف و همچنین قابلیت کشش در این ساختار ها، تا حدی خاصی میباشد تا بتواند مطابق با تمام حرکات و تغییر شکل های بدن انسان که لایه الکترونیک روی آن ها سوار شده است، فعالیت کند.

23-5- جمع بندی

این بخش به مرور و ارزیابی گرایش های فعالی توسعه پوست الکترونیک میپردازد. ما این موضوعات را از نقطه نظر سیستمی بررسی کردیم، و از یک بخش بنیادی ( مواد و الکترونیک) کار خودمان را شروع کردیم و سپس به سمت یک سیستم کامل از پوست پیش رفتیم، و سپس آن ها را به صورت پردازش کننده های داده های لمسی در نظر گرفتیم. نخست تمرکز بحث های ما و مرور مقالات ما بر روی سنسور های خازنی، پیزوالکتریک، نوری، و سنسور های مقاومتی و پیزو مقاومتی بود، که به خوبی توسعه یافته است و بهترین و امید بخش ترین تکنیک ها برای تبدیل داده های حسی میباشد. به عنوان گام بعدی، در حالی که نیازمند ترین کاربرد ها، نیازمند ظرفیت هایی برای درک محیط، تفسیر آن و تصمیم گیری و اتخاذ عمل مبتنی بر درک میباشند، ما بر روی گام نخست تمرکز کردیم که متشکل از تحلیل کردن روش های پردازش داده ها بود، یعنی روش هایی که بتواند اطلاعات مفید لمسی را ایجاد کند در حالی که مسئولیت تصمیم گیری برای نحوه پیش بردن کار را بر عهده مغز انسان میگذارد.

Abstract

Materials‐integrated tactile sensing systems are still far from relying on well‐assessed and mature technological approaches even if research efforts date back to the late 1980s. This is mainly due to the fact that a killing application has not yet been identified even if in the last years promising applications have come to the stage, for example, humanoid robotics and prosthetics to cite the most relevant ones. In this framework of new application scenarios and research activity, we present our vision of the physical, structural, and functional properties of an electronic skin system on the basis of the current state of the art, toward solving open questions and filling the gap between research on tactile sensing systems and industrial applications.

23-5- Conclusions

The chapter reviews and assesses current trends in the development of an electronic skin. We addressed such an issue from a system perspective, starting from basic building components (materials, electronics) and approaching toward the complete skin system, taking into the due course embedded tactile data processing. We first focused our discussion and literature review on capacitive, piezoelectric, optical, and resistive/piezoresistive sensors, which are well-established and most relevant and promising tactile transduction techniques. As a next step, while the most demanding applications require capabilities of both perceiving the environment, interpreting it, and of basing decisions and actions on perception, we focused on the step before, consisting in analyzing data processing methods that provide useful tactile information while leaving the human brain the responsibility of deciding on how to proceed.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

دست آوردها و مباحث بی جواب درباره جاسازی حسگر های لمسی و شرح آن ها، در سیستم های پوست الکترونیک

Achievements and Open Issues Toward Embedding Tactile Sensing and Interpretation into Electronic Skin Systems

یک کاربرد انبار مواد هوشمند نمونه اولیه پیاده سازی شده با استفاده از ربات های سیار سفارشی و فناوری چشم انداز منبع باز توسعه یافته با استفاده از EmguCV

A Prototype Smart Materials Warehouse Application Implemented using Custom Mobile Robots and Open Source Vision Technology Developed using EmguCV

Abstract

Customized mobile robots are commonplace in manufacturing and material handling applications. One class of mobile robots, known as Automatic Guided Vehicles (AGV), follow a fixed path along the floor using tracks, RFID tags, or magnetic tape. These robots typically travel along predetermined routes and offer limited flexibility for changes to be made or for their use in environments like hospitals or military installations. Moving away from traditional fixed AGV systems to wireless and dynamic control and monitoring presents some distinct advantages and new opportunities. This type of robot is known as an Autonomous AGV. A prototype smart materials warehouse is presented in this paper as a platform to explore some particular aspects of this technology. First, four multi-purpose mobile robots were built using off-the-shelf BattleBot kits, wireless Arduino controls, and fabricated components. Secondly, a Microsoft Kinect camera was installed on one robot for visual feedback, obstacle avoidance, and shape recognition. Lastly, a ceiling mounted IP camera was used with software developed using Visual Studio .NET and the C# wrapper for OpenCV (EmguCV) to facilitate robot path development, video processing and real-time tracking. Testing of the completed system was done in a 2000 sq. ft. mock warehouse set up with stations for shipping/receiving, storage, staging areas, and processes including cutting, milling, and turning for preparing raw stock to be used in production. As cyber-physical systems research continues to grow, the integration of computational algorithms, physical systems, wireless controls, and custom user interfaces will undoubtedly lead to their increased use throughout society. This work was completed as part of the Northwest Manufacturing Initiative at the Oregon Institute of Technology. Possibilities for applying the results of this work in the military, retail and service sectors are also identified. All hardware and software for the project was developed to facilitate future work.

1 Introduction

Product and material handling and transportation systems have been used in manufacturing companies for many years. The level of automation utilized in industry has continued to grow over time as robotic, electronic, and computer technologies have improved in terms of functionality, ease of use, integration with other devices, and affordability. With this progress, the level of complexity and interactivity between all types of systems has increased dramatically. International interest in innovating and sharing advances with these systems is being driven by the need to collaborate on projects and increase global competitiveness. Since mechanical, physical, electrical, and software components cannot be isolated and do not function independently, the term Cyber-Physical Systems (CPS) has been coined to guide present and future work. Some definitions for CPS were taken from a recent international conference and are presented here to provide a foundation and perspective for the work in this paper (Isaksson & Drath, 2016).

• A system of collaborating computational elements controlling physical entities

• Interconnection between a physical and a virtual world (models)

• Ability for autonomous behavior, self-control, self-optimization

• Different system borders: CPS including or excluding of a physical world

Examples of CPS in manufacturing are being used to modernize and add flexibility to production systems and integrate them in control networks that span departments and multi-site engineering or distribution facilities. As mass customization and agility in production line changeovers become a higher priority, the ability to deliver materials, tooling and supplies must also be considered. The use of multifunction mobile robots for this purpose is a viable alternative. An Automated Guided Vehicle System (AGVS) enables flexible material routing and dispatching, and is especially suited for flexible manufacturing environments in which product mix and priorities may continuously vary (Reveliotis, 2000). Their movement is directed by a combination of software and sensor-based guidance systems. As this technology continues to expand, many areas outside of manufacturing will benefit from innovations in the following areas: 1) mobile and autonomous robots, 2) open source software, 3) vision systems, and 4) wireless communications. Some of the applications to think about are medicine distribution in hospitals, replenishing products in retail settings, military field operations, and supplies/tool deployment in large construction projects. Mechanical, manufacturing, industrial, electrical, and computer engineers must collaborate to develop versatile systems for the future.

رویکرد غیرمستقیم فرگشتی برای حل مشکل برنامه ریزی حرکت برای ربات های صنعتی عمل کننده در فضاهای کاری با موانع

Evolutionary indirect approach to solving trajectory planning problem for industrial robots operating in workspaces with obstacles

چکیده

1- مقدمه

2- مدلسازی فضای کاری و ربات

3- بهینه سازی آرایش های همجوار

3-1- الگوریتم های ژنتیک حالت پایدار (SSGA) برای آرایش های همجوار

4- برنامه ریزی مسیر

5- برنامه ریزی حرکت

5-1 تابع هدف

6- مثال های عددی

6-1 اولین گروه: مقایسه با Rubio et al. (2009)

6-2 دومین دسته: مقایسه با Rubio et al. (2009)

6-3 کاربرد صنعتی

7 نتیجه گیری

چکیده

در این مقاله، یک روش غیر مستقیم برای برنامه ریزی حرکت برای ربات های صنعتی با استفاده از یک الگوریتم فرگشتی مورد بررسی قرار گرفته است. الگوریتم به سه مرحله تقسیم تقسیم می شود: (1) دستیابی به آرایش های مجاور (AC) برای برنامه ریزی حرکت تحت محدودیت های سینماتیکی، هندسی و اجتناب از موانع. (2) دستیابی به یک مسیر بدون برخورد بین آرایش های اولیه ربات و هدف. این مسیر شامل یکسری آرایش های مجاور است، و (3) دستیابی به یک تاریخچه وابسته به زمان از تکامل برای مختصات های مفصل ربات، با مینیمم کردن زمان لازم اعمال شده بر محدودیت های فعال کننده. این الگوریتم با مقایسه ی نتایج با فرآیندهای مستقیم پیشنهاد شده در مقالات Rubio در سال های 2009 و2010 ارزیابی شده است.

1- مقدمه

در چند دهه ی اخیر، نفوذ ربات ها در زمینه های زیادی رشد کرده است. علاوه بر کاربردهای صنعتی، ربات ها همچنین در جراحی، کشاورزی، در زیر آب، و برای حمل و نقل استفاده می شوند. در کاربردهای صنعتی، آن ها اهداف زیادی همانند: عملیات برداشتن و قراردادن، وظایف جمع آوری، پاشش رنگ و دیگر وظایف زیادی دارند.

بطور کلی، هدف از سیستم های رباتیک اجرای چنین وظایفی بطور هموار در مینیمم زمان ممکن است. بنابراین، یک فرآیند سه مرحله ای برای بدست آوردن یک برنامه ریزی حرکت با زمان مینیمم آفلاین پیشنهاد می شود.  برنامه ریزی حرکت آفلاین بعنوان یک تعداد زیادی از کاربردهای رباتیک در یک روش تکراری عمل می کند.

7 نتیجه گیری

در این مقاله، یک الگوریتم فرگشتی سه  مرحله ای جدید برای مساله برنامه ریزی حرکت ربات برای ربات های صنعتی در ارتباط با اجتناب از موانع ارائه شده است، در این مورد، برای سناریوهای فضای کاری مختلف با استفاده از یک کنترل کننده 6 محوری PUMA560 بصورت مثال نشان داده شده است. این روش سه الگوریتم فرگشتی شناخته شده پیشین را برای حل سه مرحله ترکیب می کند، که این مراحل شامل (1) اکتساب چیدمان های عاری از برخورد و محتمل با استفاده از SSGA، (2) برنامه ریزی مسیر با مینیمم طول مسیر با محدودیت سینماتیکی و (3) مینیمم زمان برنامه ریزی حرکت که بوسیله ی دینامیک های ربات شرطی شده است. منفعت اصلی روش ارائه شده افزایش عملکرد آن در مقایسه با روش های رایج مربوط به زمان اجرا و مسافت طی شده، می باشد.

Abstract

In this paper, an indirect method for trajectory planning for industrial robots has been addressed using an evolutionary algorithm. The algorithm is divided into three stages: (1) The acquisition of Adjacent Configurations (AC) for Path Planning subjected to kinematics, geometric and obstacle avoidance constraints. (2) The acquisition of a collision-free path between initial and goal robot configurations. This path consists of a set of ACs, and (3) The acquisition of a temporal history of the evolution for the robot joint coordinates, by minimizing the required time subjected to actuator limits. This algorithm has been evaluated by comparing the results with the direct procedures proposed by Rubio articles in 2009 and 2010.

1- Introduction

In the last few decades, the prevalence of robots has grown in many areas. In addition to industrial applications, robots are also used in surgery, agriculture, underwater, and for transportation. In industrial applications, they have many purposes like; pick and place operations, assembly tasks, spray-painting, and many other tasks.

In general, the purpose of robotic systems is to perform such tasks smoothly in as little time as possible. Thus, a procedure of three stages is proposed to obtain an offline minimum time trajectory planning. The offline trajectory planning is justified as a large number of robotic applications work in a repetitive manner.

7- Conclusion

In this paper, a new three-staged evolutionary algorithm for trajectory planning problem for industrial robots in connection with obstacle avoidance has been presented, in this case exemplarily shown for different workspace scenarios using a PUMA 560 six-axis manipulator. This method combines three formerly known evolutionary algorithms to solve the three stages, which are

(1) acquisition of possible and collision-free configurations using SSGA, (2) path planning with minimum path length under kinematic constraint and (3) minimum time trajectory planning conditioned by the robot’s dynamics. The main benefit of the presented method is its performance increase compared to common methods concerning execution time and traveling distance

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

رویکرد غیرمستقیم فرگشتی برای حل مشکل برنامه ریزی حرکت برای ربات های صنعتی عمل کننده در فضاهای کاری با موانع

Evolutionary indirect approach to solving trajectory planning problem for industrial robots operating in workspaces with obstacles