Geri Dön

Robot-assisted drilling on curved surfaces with haptic guidance under adaptive admittance control

Uyarlamalı admitans kontrolcü ve haptik yönlendirme ile kavisli yüzeylerde robot destekli delme

  1. Tez No: 768226
  2. Yazar: ALIREZA MADANI
  3. Danışmanlar: PROF. DR. ÇAĞATAY BAŞDOĞAN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Makine Mühendisliği, Mekatronik Mühendisliği, Computer Engineering and Computer Science and Control, Mechanical Engineering, Mechatronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2022
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Koç Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 68

Özet

Kavisli bir yüzey üzerine belirli bir açıyla manuel olarak delik açma işlemi, matkap hizalanmasında karşılaşılacak olası problemler ve görevin doğasından kaynaklanan kararsızlık sebebiyle oldukça zordur. Aynı zamanda bu tür bir manuel görev, kullanıcının yaralanmasına veya çabuk yorulmasına sebep olabilir. Ayrıca, gerçek bir üretim ortamında bu görevin tamamen otomatik olarak tasarlanması da mümkün olmayabilir. Çünkü, üretim hattına gelen parçalar farklı kompleks şekillere sahip olabilir ve dolayısıyla seçili noktaları otomatik olarak delmek için yörünge planlaması yapmak kolay olmayabilir. Bu çalışmada, 6 serbestlik derecesine sahip olan uyarlamalı bir admitans kontrolcüsü tasarlanmıştır. Ucuna matkap monte edilmiş KUKA LBR iiwa 7 işbirlikçi robot, tasarlanan kontrolcü aracılığıyla operatöre konforlu bir şekilde ve tek elle kavisli bir yüzey üzerinde delikler açabilmesini sağlamaktadır. Operatöre delik açma sırasında, robot tarafından dokunsal (haptik) yönlendirme ve bir artırılmış gerçeklik arayüzü vasıtasıyla görsel yönlendirme sağlanmaktadır. Admitans kontrolcüsünün sönümleme parametresinin gerçek zamanlı adaptasyonu, robotun çalışma uzayındaki çevre ile etkileşim olmaksızın gerçekleşen hareketi sırasında şeffaflık (robotun insana olan direncinin düşük olması) sağlarken delme işlemi sırasında kararlılık sağlamaktadır. Operatör, matkabı delme noktasına yeteri kadar yaklaştırdıktan ve istenilen delme açısına kabaca hizaladıktan sonra ilk olarak haptik yönlendirme modülü, hizalamayı hassas şekilde ayarlamakta ve operatörün hareketi sadece delme ekseni boyunca olacak şekilde kısıtlamaktadır. Ardından operatör, minimal bir eforla matkabı delinecek parçaya doğru iterek delme işlemini tamamlamaktadır. Haptik yönlendirme modülünün potansiyel yararlarını nicel olarak araştırmak için bir deney (Deney 1) ve önerilen fiziksel insan-robot etkileşim sisteminin gerçek bir üretim ortamındaki pratik değerini katılımcıların kişisel görüşüne dayanarak araştıran başka bir deney olmak üzere (Deney 2) iki farklı deney tasarlanmıştır. Bu alanda tecrübesi olmayan 3 katılımcı ile yapılan birinci deneyin sonucunda (Deney 1), haptik yönlendirme modülünün görev tamamlama süresini %26 oranında iyileştirdiği, insanın uyguladığı eforu %16 ve kas aktivasyon seviyelerini %27 oranında azalttığı bulunmuştur. 3 deneyimli işçi ile yapılan ikinci deney (Deney 2), delme işlemi sırasında önerilen sistemin kullanımının kolay, güvenli ve yararlı olduğunu göstermiştir.

Özet (Çeviri)

Drilling a hole on a curved surface with a desired angle is prone to failure when done manually, due to the difficulties in drill alignment and also inherent instabilities of the task, potentially causing injury and fatigue to the workers. On the other hand, it can be impractical to fully automate such a task in real manufacturing environments because the parts arriving at an assembly line can have various complex shapes where drill point locations are not easily accessible making automated path planning difficult. In this work, an adaptive admittance controller with 6 degrees of freedom is developed and deployed on a KUKA LBR iiwa 7 cobot such that the operator is able to manipulate a drill mounted on the robot with one hand comfortably and open holes on a curved surface with haptic guidance of the cobot and visual guidance provided through an AR interface. Real-time adaptation of the admittance damping provides more transparency when driving the robot in free space while ensuring stability during drilling. After the user brings the drill sufficiently close to the drill target and roughly aligns to the desired drilling angle, the haptic guidance module fine tunes the alignment first and then constraints the user movement to the drilling axis only, after which the operator simply pushes the drill into the workpiece with minimal effort. Two sets of experiments were conducted to investigate the potential benefits of the haptic guidance module quantitatively (Experiment I) and also the practical value of the proposed pHRI system for real manufacturing settings based on the subjective opinion of the participants (Experiment II). The results of Experiment I conducted with 3 naïve participants, show that haptic guidance improves task completion time by 26% while decreasing human effort by 16% and muscle activation levels by 27% compared to no haptic guidance condition. The results of Experiment II, conducted with 3 experienced industrial workers, show that the proposed system is perceived to be easy to use, safe, and helpful in carrying out the drilling task.

Benzer Tezler

  1. Anatomical investigation of safe trajectory determining factors in robotic cochlear implant surgery with computed tomography images

    Robotik koklear implant cerrahisinde güvenli yörünge belirleyici faktörlerin bilgisayarlı tomografi görüntülerinde anatomik incelenmesi

    SALİHA SEDA ADANIR

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    AnatomiGaziantep Üniversitesi

    Anatomi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. PİRAYE KERVANCIOĞLU

    PROF. DR. VEDAT TOPSAKAL

  2. Benzer el hareketlerinin EMG sinyalleri kullanılarak sınıflandırılması

    Classification of similar hand movements using EMG signals

    AYŞE DİLAN DERDİYOK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    BiyomühendislikSakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi

    Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MUSTAFA ZAHİD YILDIZ

  3. Multipl sklerozlu hastalarda robotik yardımlı yürüme eğitiminin denge, yürüme ve düşme üzerine olan etkilerinin araştırılması

    Robot-assisted gait training on mobility, balance and fall in multiple sclerosis patients

    DİDEM YENİGÜN

    Tıpta Uzmanlık

    Türkçe

    Türkçe

    2017

    Fiziksel Tıp ve RehabilitasyonSağlık Bilimleri Üniversitesi

    Fiziksel Tıp ve Rehabilitasyon Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. GÜLDAL FUNDA NAKİPOĞLU YÜZER

  4. Hacettepe Üniversitesi ameliyathanelerinde 2018-2021 yılları arasında alınan robotik prostatektomi vakalarının anestezi yönetimi ve perioperatif komplikasyonlar açısından retrospektif değerlendirilmesi

    Retrospective evaluation of robotic prostatectomy cases performed in Hacettepe University operating theaters between 2018-2021 in terms of anesthesia management and perioperative complications

    KASIM AYDOĞDU

    Tıpta Uzmanlık

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Anestezi ve ReanimasyonHacettepe Üniversitesi

    Anesteziyoloji ve Reanimasyon Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ŞENNUR UZUN

  5. Trendelenburg pozisyonunda uygulanan robotik cerrahilerde akciğer koruyucu mekanik ventilasyonun etkilerinin araştırılması

    Effects of lung protective mechanical ventilation in robotic surgeries performed in trendelenburg position

    ESİN TEKİN

    Tıpta Uzmanlık

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Anestezi ve ReanimasyonGazi Üniversitesi

    Anesteziyoloji ve Reanimasyon Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NURDAN BEDİRLİ