Design of a climbing robot for corrosion inspection
Otonom tırmanan korozyon denetleme robotu
- Tez No: 669115
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ CLAUDIA FERNANDA YAŞAR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mekatronik Mühendisliği, Mechatronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 71
Özet
Tırmanma robotları, insanlar tarafından zorlu koşullarda yapılan, genellikle tehlikeli ve maliyetli olan işler için kullanılır. Bu tezde, tank incelemesi için bir tırmanma robotunun tasarımı, modellemesi ve kontrolü sunulmuştur. Manyetik kuvvete sahip paletli bir robota dayanan sistem için yeni bir mekanik tasarım önerilmektedir. Robotu metal bir duvara sabitlemek için manyetik kuvvet kullanılır. Kontrol sistemleri tasarlarken her bir tutunma mekanizması için tırmanma robotlarının hareketi, hala büyük zorlukları temsil etmektedir. Ana hedef, güvenilir kontrol sistemlerinin ve denetim görevlerinin kullanımına izin verecek, tüm gerekli donanımı, mekanizmaları, aktüatörleri ve sensörleri içeren, olabildiğince hafif bir robot tasarlamaktır. Robot navigasyonu ve tank kontrolü için sensor sistemi açıklanmıştır. Mutlak robot konumunu tahmin etmek için bir sensör füzyon sistemi stratejisi olarak sunulur. İstenen yörüngeleri doğru bir şekilde izlemek için, sensör ölçümleri ve robot kinematiği, gerçek robot konumunu tahmin etmek için bir Kalman filtresi ile birlikte kullanılır. Bu sensor füzyon sistemi, hareket kontrol stratejisini geliştirmek için kullanılmaya uygundur ve özellikle sistem olası rahatsızlıklara ve gürültüye karşı sağlam olmalıdır. Kamera tabanlı bir tank korozyon denetim sistemi, istemci/sunucu mimarisine dayanmaktadır. Robot konfigürasyonu, kamera inceleme görevleri için çelik duvarlara tırmanma özelliğiyle geliştirilmiştir. Çoklu deneyler, tüm sistem mekaniğini, sensör füzyon stratejisinin kullanımını ve robot hareketi için kontrol sistemi performansını doğrular. Bu robotik sistem, dikey bir duvarda doğru bir yörünge izleme ve görsel bir inceleme gerçekleştirme yeteneğini göstermiştir. Robotik uygulama, korozyon resimlerini algılayabilen, işleyebilen, sınıflandırabilen ve bir izleme tanı sistemi üzerinde sınıflandırma sonuçlarını sunabilen bir kamera sistemine sahiptir. Son olarak, kararlılık ve yüksek sağlamlık gereksinimlerini karşılamak için, bir kontrol yöntemi, genel bozulma, Coulomb sürtünmesi ve ataletin ani değişikliklerinin tahmin edildiği ve ardından telafi edildiği bir PD kontrolörü ve bir gözlemcinin tasarımına dayanır. DC motorları kullanan tırmanma robotu hareketliliği için sağlam bir hareket kontrol stratejisi açıklanmıştır. Bu, tırmanma stratejisi için gelişmiş hareket kontrolörleri tasarlamaya yönelik bir ön çalışmadır. Yöntem hala geliştirme aşamasındadır, ancak mevcut literatürden bazı kontrol tasarımları ve ilk simülasyonlar başarılı sonuçlarla gerçekleştirilmiştir. İzleme performansı için tam kontrol yönteminin simülasyonları Matlab/Simulink kullanılarak gerçekleştirildi. Daha fazla çalışma, manyetik, Coulomb ve yerçekimi kuvvetlerinden gelen yüksek bozulmalar altında tırmanma robotları için gelişmiş kontrol yöntemlerini doğrulamayı amaçlamaktadır.
Özet (Çeviri)
Wall-climbing robots are generally used for dangerous and expensive tasks when performed by humans due to severe conditions. The design, modelling, and control of a wall-climbing robot for tank inspection are presented in this thesis. A novel mechanical design for the system actuation based on a palletized robot with magnetic adhesion is proposed. The magnetic adhesion system is used to attach the robot to a metallic wall. The locomotion of climbing robots still represents challenges when designing control systems for each particular adhesion mechanism. The main goal is to build a light robot that includes all the required hardware, mechanism, actuators, and sensors that will allow for the use of reliable control systems and inspection tasks. The sensor and acquisition system for robot navigation is explained in this thesis. A sensory-data strategy with a sensor fusion is used to estimate the actual position of the robot. To track the required trajectories sensor measurements and the robot kinematics are used, along with a Kalman filter, which, in turn, would enhance the motion control strategy, making the system robust to the possible disturbances and noise. A camera-based inspection system is part of the sensory system but is used for inspection purposes. The robot system was designed with the capability of climbing metallic vertical sheets. Experiments confirmed a successful performance of system mechanics, sensory fusion strategy, and the control performance for robot locomotion and adhesion. This climbing robot has demonstrated the capability to follow an accurate reference on a vertical wall. The robotic application is endowed with a camera system that can detect, process, classify corrosion figures, and present classification results on a monitory diagnostic system. Finally, to fulfil the high robustness requirements, a control method is based on the design of a PD controller and an observer, in which the overall disturbance, Coulomb friction, and sudden changes of the inertia, are estimated and then compensated. A robust motion control strategy for the climbing robot mobility that uses DC motors is explained. This method is part of a preliminary study to design advanced motion controllers for a climbing strategy. The controller is still under development, but some designs from the availed literature and initial simulations have been performed with successful results. Simulations of the control strategy were carried out using Matlab/Simulink. Further work aims at validating advanced control methods for climbing robots under high disturbances coming from magnetic, Coulomb, and gravity forces.
Benzer Tezler
- Bir dikey tırmanma robotunun tasarımı ve gerçekleştirilmesi
Design and implementation of a vertical climbing robot
RIDVAN USLUĞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Mekatronik MühendisliğiFırat ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. GONCA ÖZMEN KOCA
- Eğimli düzlemde kendini dengeleyen iki tekerlekli gezer manipülatörün tasarımı
Design of self-balancing two-wheel mobile manipulator on inclined plane
SERTAÇ EMRE KARA
Doktora
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiFırat ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OĞUZ YAKUT
- Ferromanyetik yüzeylere tırmanabilen robot tasarımı
Design of ferromagnetic surface climbing robot
ÖMER BARIŞKAN YASAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Makine MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖZGÜR ÜNVER
- Metal yüzeylerde duvar tırmanışı için iki tekerlekli diferansiyel sürüşlü gezgin robot tasarımı, benzetimi ve kontrolü
Design simulation and control of a two wheel differential drive mobile robot for wall climbing on metal surfaces
HÜRCAN SAMET ÇAKIR
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolYıldız Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ CLAUDIA FERNANDA YAŞAR
- Modelling, control and locomotion of a twelvedegree of freedom biped robot
.
DAVUT AKDAŞ
Doktora
İngilizce
2001
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiThe University of SalfordElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. G.A. MEDRANO-CERDA