Έλεγχος ρομποτικών συστημάτων με νευρωνικά δίκτυα

Abstract

Τα Νευρωνικά Δίκτυα αποτελούν ενα παράδειγμα οτι η φύση αποτελεί πηγή έμπευσης για την τεχνολογία. Στην εργασία αυτή, αρχικά, βλέπουμε πως η βιολογία δανείζει την έννοια του νευρώνα στην τεχνολογία. Επίσης αναφέρεται περιληπτικά τι είναι ο βιολογικός νευρώνας και αναλύεται μαθηματικώς η λειτουργία του. Μέσω της ανάλυσης αυτής, σε τεχνολογικό επίπεδο πλέον, βλέπουμε πως ορίζεται ο τεχνητός νευρώνας. Η χρήση των νευρώνων σε δίκτυα εξετάζεται με τη βοήθεια μαθηματικών μοντέλων. Θα δούμε την τυπική δομή ενός νευρωνικού δικτύου, την τοπολογία των νευρώνων σε στρώματα, καθώς και τη δομή δικτύων πολλών στρωμάτων. Το ελεγχόμενο σύστημα για τα νευρωνικά δικτύα προέρχεται απο τα ρομποτικά συστήματα και συγκεκριμένα είναι ο ρομποτικός βραχίονας. Θα εστιάσουμε, αρχικά, στις ρομποτικές διατάξεις οι οποίες αναλύονται σύμφωνα με την αρχή λειτουργίας τους, τη μέθοδο ελέγχου κίνησης, τον τύπο μετάδοσης κίνησης και το γεωμετρικό σχεδιασμό τους. Στη συνέχεια, στη μαθηματική εξέταση των ρομποτικών συστημάτων θα αναπτυχθεί η κινηματική ανάλυση αλλά και η δυναμική ανάλυση των ρομποτικών βραχιόνων με τη βοήθεια των εξισώσεων Lagrange. Ο νευρωνικός έλεγχος υλοποιείται με τη βοήθεια των νευρωνικών ελεγκτών. Εξετάζονται τα είδη του νευρωνικού ελέγχου (έμμεσος, άμεσος) καθώς και πως κατατάσσονται οι νευρωνικοί ελεγκτές σε σειριακούς και παράλληλους. Εξετάζεται η αναγνώριση του δυναμικού ρομποτικού μοντέλου με νευρωνικά δίκτυα και αναλύονται οι μέθοδοί του (σε σχεση με την είσοδο-έξοδο, τον χώρο κατάστασης και τον χώρο εργασίας). Η ρομποτική είναι ένας μεγάλος κλάδος της βιομηχανίας στον οποίο εφαρμόζεται ο νευρωνικός έλεγχος. Εκτός ομως απο την ρομποτική ο νευρωνικός έλεγχος έχει πολλές ακόμα εφαρμογές κυρίως στην παραγωγική διαδικασία. Τα παραδείγματα που αναφέρονται στην εργασία είναι ένα σύστημα ποιοτικού ελέγχου ξύλινων επιφανειών, μια μονάδα παστεριώσης, μια ευφυής μονάδα CNC, ένας φούρνος που ελέγχεται από νευρωνικο δίκτυο, μια μονάδα μέτρησης βάρους προιόντος και τέλος, μία μονάδα κονιο- ποιημένου κάρβουνου. Ολοκληρώνοντας, γίνεται μια αναφορά σε σύγχρονες τάσεις χρήσης νευρωνικών δικτύων και σε πιθανές μελλοντικές εφαρμογές τους σε διάφορους τομείς.