Geri Dön

Robotların ters kinematik çözümünde sezgisel optimizasyon algoritmalarının kullanılması ve fpga ile gerçekleştirilmesi

The use of metaheuristic optimization algorithms for inverse kinematics solution of robots and implementation with fpga

PDF İndir

  1. Tez No: 580085
  2. Yazar: SERKAN DERELİ
  3. Danışmanlar: PROF. DR. RAŞİT KÖKER
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Computer Engineering and Computer Science and Control, Electrical and Electronics Engineering, Engineering Sciences
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2019
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Mekatronik Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 154

Özet

Bu tez çalışmasında, öncelikle dokuz adet Dynamixel servo motor kullanılarak 7-eklemli gereğinden fazla serbestlik derecesine (redundant) sahip seri bir robot manipülatörü tasarlanmış, sonrasında ise bu manipülatörün kinematik analizleri yapılmıştır. Bu kinematik analizlerden yola çıkarak robot manipülatörün ters kinematik hesabı doğadan ilham alınarak geliştirilen ve sürü zekâsına sahip sezgisel optimizasyon algoritmalarıyla gerçekleştirilmiş ve aynı zamanda tasarlanan bu robot manipülatöründe MATLAB arabirimi ile oluşturulan bir GUI vasıtasıyla uygulanmıştır. Bu işlem için daha önce literatürde kullanılan dört adet sürü zekası esasına göre çalışan algoritmayla birlikte ilk defa bu çalışmada kullanılan ve golf topunun hareketlerinden esinlenilerek oluşturulan Rassal Azalan Hızlı (RDV) isimli yeni bir IW tekniği ile güçlendirilen PSO tabanlı sezgisel optimizasyon algoritması kullanılarak ters kinematik problem çözülmüştür. Bu manada öncelikle literatüre yeni kzandırılan RDV IW tekniği ile güçlendirilen bu algoritma ile diğer dört adet sezgisel optimizasyon algoritmaları pozisyon hatası ve çalışma süresi bakımından karşılaştırılmıştır. Sezgisel optimizasyon algoritmalardan elde edilen işlem süresinin gerçek bir robotta uygulanabilirliğinin düşük olması nedeniyle işlem süresini çok daha minimum bir değere indirmek maksadıyla ters kinematik çözüm daha önce literatürde kullanılmayan ve FPGA tabanlı oluşturulan sentezlenebilir PSO ile donanımsal olarak gerçekleştirilmiştir ve sonuçlar yazılımsal değerlerle karşılaştırılmıştır. Sonuçta robotik temelindeki karmaşık bir problemin çözümünde sürü zekâsına sahip algoritmaların yazılım ve donanım temelli başarımları karşılaştırılmıştır. Sentezlenebilir özelliğe sahip FPGA tasarım VHDL olarak bilinen donanım tanımlama dili ile gerçekleştirilmiş, sonuçlar simülasyon olarak ortaya konmakla birlikte Nexys 4 DDR kartı ile de gerçeklenmiştir. Bu çalışmada kullanılan bütün yazılımsal ve donanımsal sezgisel optimizasyon algoritmaları MATLAB arabirimi vasıtasıyla tasarlanan redundant robot manipülatöründe uygulanmış ve servo motorların çözünürlük kısıtı nedeniyle bu aşamada ortaya çıkan gerçek hata değerleride özellikle gözlemlenerek analiz edilmiştir.

Özet (Çeviri)

In this study, firstly, serial robot manipulator which has 7-degree degree of freedom has designed by using Dynamixel servos and then kinematic analysis of this manipulator has performed. The inverse kinematics problem of the designed robot manipulator has been solved by heuristic algorithms developed with inspiration from nature and with a swarm intelligence and also these algoithms have been implemented in this designed robot manipulator by means of a GUI created with the MATLAB interface. In order to realize this process, the inverse kinematic problem was solved with a new IW technique called Random Decreasing Speed (RDV) which was used for the first time in this study together with the algorithm used on the basis of four swarm intelligence used in the literature. The RDW IW technique is a technique developed with inspiration from the movements of the golf ball and is used in conjunction with the PSO algorithm. In this context, this algorithm, firstly reinforced by the RDV IW technique, has been compared with the other four heuristic optimization algorithms in terms of position error and working time. Since the calculation time obtained from heuristic optimization algorithms is far from feasible in a real robot, researchers have turned to FPGA technologies. Therefore, in this study, the inverse kinematics solution is realized with hardware based synthesizable PSO digital circuit design which has not been used in literature before. As a result, software and hardware based performances of herd intelligence algorithms are compared in solving a complex problem based on robotics. The FPGA design, which can be synthesized, has been realized with the hardware description language known as VHDL, the results have been presented as simulation but also realized with Nexys 4 DDR card. All the software and hardware heuristic optimization algorithms used in this study were applied in redundant robot manipulator designed by MATLAB interface and the actual error values that occur at this stage due to the limitation of servo motors were analyzed and analyzed.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    782875

    Position-level forward kinematic singularities of RPRPR planar parallel robots

    RPRPR düzlemsel paralel robotların konum düzeyinde ileri kinematik tekillikleri

    LEVENT KARAKAYA

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Makine MühendisliğiMarmara Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MUSTAFA ÖZDEMİR

  2. Tez No

    334630

    İnsansı bir robot için üç boyutlu benzetim ortamı geliştirme

    Three-dimensional simulation environment for the development of a humanoid robot

    GÜRKAN GÜRGÜZE

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2013

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolFırat Üniversitesi

    Elektronik-Bilgisayar Eğitimi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ZÜHTÜ HAKAN AKPOLAT

  3. Tez No

    330748

    Eksen kaçıklığı olan endüstriyel robotların ters kinematik çözümüne yeni bir yaklaşım

    A new approach to the solution of inverse kinematics of industrial robots with offset wrist

    SABRİ UZUNER

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2012

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiMarmara Üniversitesi

    Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NİHAT AKKUŞ

  4. Tez No

    398559

    Küresel bilekli endüstriyel robotların test kinematik çözümüne geometrik yaklaşım

    Geometric approach in solving the inverse kinematics of industrial robots with spherical wrist

    YUSUF BUYRUK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolAfyon Kocatepe Üniversitesi

    İnternet ve Bilişim Teknolojileri Yönetimi Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. BARIŞ GÖKÇE

  5. Tez No

    252017

    A new approach to inverse kinematic solutions of serial robot arms based on quaterninons in the screw theory framework

    Seri robot kollarının ters kinematik çözümüne screw teori ve kuaterniyon cebri tabanlı yeni bir yaklaşım

    EMRE SARIYILDIZ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2009

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik Üniversitesi

    Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HAKAN TEMELTAŞ

Geri Dön