Implementation of adaptive interaction torque control on modified wrist rehabilitation robot (CWRR) under internal and external disturbance effects
Modifiye edilen bilek/önkol rehabilitasyon robotu üzerinde iç ve dış bozucu etkiler altında uyarlamalı etkileşim tork kontrol uygulaması
- Tez No: 858247
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MEHMET İLTERİŞ SARIGEÇİLİ, DOÇ. DR. NECDET SİNAN ÖZBEK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Çukurova Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 197
Özet
Bu tez çalışmasında, CWRR adı verilen, iki serbestlik dereceli, pnömatik tahrikli bilek/önkol rehabilitasyon robotu kuvvet/tork etkileşimi kontrolüne uygun hale getirilecek şekilde modifiye edilmiştir. Bu amaçla CWRR robotunun mekanik ve kontrol ekipmanları yeniden tasarlanmış, üretimi gerçekleştirilmiş ve yenilenmiştir. Robotun kontrol performansını en üst düzeye çıkarmak için ekstra sensörler eklenmiştir. Modernizasyon sürecinin tamamlanmasının ardından yenilenen hassas pnömatik kontrol valflerinin akış modellemesi yapılmıştır. Oransal yön kontrol valflerinin literatürde sunulan mevcut akış modellerine uymadığı tespit edilmiş ve oransal yön kontrol valfleri için yeni ve etkili bir sıkıştırılabilir akış modeli önerilmiştir. Bir sonraki aşama olarak yenilenen pnömatik silindirlerin sürtünme kuvveti/torkunun belirlenmesine yönelik deneysel çalışmalar yapılmıştır. Bu noktada sürtünme parametresinin daha hızlı ve doğru tanımlanmasını sağlayacak sürtünme kuvveti/tork tanımlamasına yönelik yeni otomasyon algoritmaları tasarlanmış ve uygulanmıştır. Etkileşim halindeki insan kullanıcısının güvenliğini artırmak ve robotu daha uyumlu hale getirmek amacıyla, insanın hareket yönü isteğini tespit eden bir algoritma geliştirilmiş ve kontrolcü yapısına dahil edilmiştir. Daha sonra yürütülen çalışma sırasında hedef etkileşim torkunu başarılı bir şekilde takip edebilen bulanık mantık uyarlamalı PID kontrolcü yapısı tasarlanmıştır. Bu amaçla bulanık mantık kuralları doğru bir şekilde belirlenmiş, üyelik fonksiyonları ve bu fonksiyonların sınırları deneysel verilere ve uzmanın deneyimine göre belirlenmiştir. Önerilen robotun bozucu etkiler altında dahi doğru kontrol eylemleri gerçekleştirebilmesi için hem iç hem de dış bozucu etkileri reddedebilen algoritmalar geliştirilmiştir. Önerilen denetleyicinin üstün performansını göstermek için iki farklı denetleyici de robot üzerinde test edilmiştir. Bu kontrolörlerden biri üretici tarafından ve oransal yön kontrol valfine monte edilen Default kontrolcü, diğeri ise bu Default kontrolcüye seri bağlanacak şekilde tasarlanan geleneksel PID yapısıdır. Bu üç farklı kontrolcü yapısı, gerçek-zamanlı döngü-içinde-donanım ortamında, bozucu etkilerden serbest veya bozucu etkiler altındaki koşulların değerlendirildiği dört farklı senaryo altında test edilmiştir. Önerilen seri bulanık mantık tabanlı PID yapısının tüm senaryolarda emsallerine göre üstün kontrol performansı sergilediği yapılan testler ile doğrulanmıştır.
Özet (Çeviri)
In this thesis study, two-degrees-of-freedom, pneumatically actuated wrist/forearm rehabilitation robot called CWRR has ben modified to make it suitable for force/torque interaction control. For this aim, the mechanical and control equipment of the CWRR robot has been redesigned, manufactured and renewed. Extra sensors have been added to maximize the control performance of the robot. After the completition of the modernization process, flow modeling of the renewed precision pneumatic control valves has been carried out. It has been determined that proportional directional control valves did not comply with the existing flow models presented in the literature, and a new and effective compressible flow model has been proposed for proportional directional control valves. As the next stage, experimental studies have been carried out to identify the friction force/torque of the renewed pneumatic cylinders. At this point, novel automation algorithms for friction force/torque identification that will provide faster and most accurate friction parameter identification has been designed and implemented. In order to increase the safety of the interacting human user and to make the robot more compatible, an algorithm that detects human movement intentions has been developed and incorporated into the controller structure. Afterwards, a fuzzy logic adaptive PID controller structure has been designed that can track the target interaction torque successfully during the executed workout. For this purpose, fuzzy logic rules have been determined correctly, membership functions and the boundaries of these functions have been determined according to experimental data and experience of the expert. In order for the proposed robot to take correct control actions even under disturbing effects, algorithms have been developed that can reject both internal and external disturbance effects. To demonstrate the superior performance of the proposed controller, two different controllers have also been tested on the robot. One of these controllers is the Default controller that is built-in the valve by the manuafcturer and the other one is the conventional PID structure designed in series with this Default controller. These three different controllers have been tested in the real-time hardware-in-the loop environmet under four different scenarios wherein disturbance-free or under-disturbance conditions were evaluated. It has been confirmed by the tests that the proposed Cascade Fuzzy Adaptive PID structure have exhibited outstanding control performance in all scenarios compared to its counterparts.
Benzer Tezler
- Çok makinalı güç sistemlerinde parametre adaptif kontrol yönteminin incelenmesi
Investigation of parameter adaptive control method for MMPS
AYŞEN DEMİRÖREN
Doktora
Türkçe
1993
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. M. EMİN TACER
- İşbirlikçi robotların haptik arayüzlerle teleoperasyonu
Haptic teleoperation of cooperating robots
ÖMER FARUK ARGIN
Doktora
Türkçe
2021
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ZEKİ YAĞIZ BAYRAKTAROĞLU
- Ekstremum arama metodu ve elektrik sürücü sistemlerinde uygulamaları
Ekstremum seeking control and applications in electric drive systems
MEHMET ZAFER ONAT
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. YAPRAK YALÇIN
- Asenkron motorun sensörsüz alan yönlendirmeli vektör kontrollü bir hız tahmin yönteminin geliştirilmesi
Development a field oriented controlled sensorless speed estimation method of induction motor
SADIK ÖZDEMİR
Doktora
Türkçe
2017
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURETTİN UMURKAN
- Çok-doğruluklu temsili modelleme ile aeroelastik tasarım optimizasyonu uygulaması
Implementation of an aeroelastic design optimization with multi-fidelity surrogate modelling
ENES ÇAKMAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Savunma ve Savunma Teknolojileriİstanbul Teknik ÜniversitesiSavunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MELİKE NİKBAY