Roboti̇k empedans kontrolünde li̇neer olmayan sönüm elemanının kullanılması ve opti̇mi̇zasyonu
Use and optimisation of nonlinear damping element in robotic impedance control
- Tez No: 960055
- Danışmanlar: PROF. DR. SEMİH SEZER, PROF. DR. VASFİ EMRE ÖMÜRLÜ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Teorisi ve Kontrol Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 96
Özet
Özellikle yakın geçmişte, insanların görev aldığı birçok sektörde robotların yer alma miktarı hızla artmıştır. İnsanların çalışmasının fiziksel ve mental açıdan sağlıksız olduğu yükek tekrarlı işler, kimyasal maddelerin sentezi, yüksek sıcaklığa sahip ortamlar gibi noktalarda robotların insanların yerlerini alarak bu tür işleri daha hassas ve tekrarlanabilir yaptıkları görülmeye başlanmıştır. Bu iş alanları şimdiye kadar daha çok tekrarlı işler yapan robotlar veya hizmet robotları ile sınırlı kalsa da, kompleks ve muhakeme yeteneği gerektiren işlerde de robotların çalışması için literatürde birçok araştırma yapılmış ve akademinin bu yöne yöneldiği görülmüştür. Bu kompleks iş alanlarından biri de çevreyle temasın kaçınılmaz olduğu ve hatta işin temelinin çevreye temas ile sağlandığı işlerdir. Endüstri ele alındığında bu alanda yapılan parça işleme, taşlama, cilalama, montaj gibi işler temaslı işlere örnek olarak verilebilir. Robotların temaslı işler yapmasının önündeki en büyük engel ise yapısal olarak çok rijit olmalarıdır. Endüstriyel robotlar, insanların ve hayvanların esnek kas ve eklem yapılarının aksine, rijit bağlantılardan ve bunları birleştiren servo motorlu eklemlerden oluşur. İnsanların bu tip kompleks hareketleri yapabilme yeteneği, kaslarındaki esneklikten gelmektedir. Kas motor sistemleri, servo motor sistemlerinin aksine, belirli bir torku veya kuvveti uygulamak için eklemlerdeki torku arttırmak yerine o eklem noktasındaki bağlantıların katılığını arttırır. Bu tip bir kontrol sistemini rijit robotlara entegre etmek için birçok çalışma yapılmış ve empedans kontrol kuramı ortaya atılmıştır. Empedans kontrol kuramı, üstünde yıllarca çalışılmış ve performansı onaylanmış bir kuramdır. Çoğu robot üreticisi, robot ve çevre arasında dinamik bir ilişki kurmak için temas gerektiren işlerde empedans kontrolü kullanır. Ancak empedans kontrolü, farklı yöntemlerle geliştirilebilen bir çerçevedir. Bu nedenle birçok akademisyen, empedans kontrolünü uygulamalarda kullanmak üzere geliştirmiş ve genişletmiştir. Robotların empedans kontrolü ile yaptığı temaslı işlerde karşılaşılan en büyük problemlerden biri, yapılan işlemlerdeki titreşimler olmuştur. Standart pozisyon kontrolcüler, bu tip titreşimlere izin vermezken empedans kontrol, doğası gereği belirli bir ölçüde izin verir. Esnek olmanın bir dezavantajı olan titreşim etkileri, empedans kontrol kuramının büyük eksiklerinden biridir. Uygulamada kullanılan robotlarda bu noktada çok büyük sönüm katsayıları kullanılarak bu titreşimlerin önüne geçilmesi sağlansa da, bu yöntem robotun katılığını arttırmakta ve sistem cevabını yavaşlatmaktadır. Bununla birlikte katı bir robot, çarpışmalarda çevreye daha çok kuvvet uygulayacağından güvensizdir ve insanlarla birlikte çalışması mümkün değildir. Bu tez çalışması kapsamında tasarlanacak olan kontrolcü, sistemin esnekliğinden ödün vermeden titreşimlerin sönümlenmesi ve çarpışma dinamiklerinin iyileştirilmesi noktasında iyileştirme sağlayacaktır Titreşimlerin sönümlenmesi ve çarpışma dinamiklerinin iyileştirmesi adına bu çalışmada, empedans kontrolünde lineer sönüm elemanı yerine non-Newtonian akışkan tabanlı sönüm elemanı kullanılacaktır. Non-Lineer viskoz akışkana sahip sönüm elemanları, mekanik sistemlerde halihazırda araştırılmakta ve kullanılmaktadır. Bu tip akışkanlar, ihtiyaca göre yüksek kuvvette viskozitesi düşen veya yükselen şekillerde seçilebilir ve sistem isterlerine göre kullanılabilir. Akışkanlar mekaniğindeki bu kavramı robotik uygulamalarda empedans kontrolcüsüne entegre etmek, sistemin titreşim tepkisini ve çarpışma dinamiklerini geliştirecektir.
Özet (Çeviri)
Especially in the recent past, the presence of robots in many sectors where people are involved has rapidly increased. Particularly in jobs where the work performed by humans is physically and mentally unhealthy, such as high-repetition tasks, chemical synthesis, and high-temperature environments, robots have begun to take over the roles of humans, making such tasks more precise and repeatable. While these job areas have mainly been limited to robots performing repetitive tasks or service robots, research has also been conducted in the literature for jobs that require complexity and judgment on the part of the robots, and it is observed that academia is moving in this direction. One of these complex job areas is those where interaction with the environment is inevitable and, in fact, the foundation of the job is established through contact with the environment. When it comes to industry, jobs such as part processing, grinding, polishing, and assembly can be given as examples of jobs that require interaction. The biggest obstacle to robots performing tasks involving interaction is their structural rigidity. While humans and animals have flexible muscle structures and joint points, most industrial robots consist of rigid links and servo motors at the joint points that connect these links. The ability of humans to perform complex movements of this type comes from the flexibility of their muscles. Muscle motor systems increase the rigidity of the connections at that joint point rather than increasing the torque at the joints, unlike servo motor systems. Much work has been done to integrate such a control system into rigid robots, and the theory of impedance control has been proposed. The theory of impedance control is a well-studied and performance-verified theory. Most robot manufacturers create a comprehensive dynamic relationship between the robot and the environment using impedance control in jobs that require interaction. However, the theory of impedance control should be considered as a framework that can have different methods added to it. Likewise, most academics have developed and expanded impedance control for use in applications. One of the biggest problems encountered in tasks performed by robots with impedance control is vibrations in the operations. While standard position controllers do not allow for such vibrations, impedance control inherently allows for a certain degree of vibrations. The effects of vibrations, which are a disadvantage of being flexible, are one of the major shortcomings of the impedance control theory. In practice, very high damping coefficients are used in the robots to suppress these vibrations, but this method increases the rigidity of the robot and slows down the system response. However, a rigid robot, because it applies more force to the environment in collisions, is unsafe and cannot work alongside humans. The controller to be designed in the scope of this thesis will provide improvement in damping vibrations and collision dynamics without compromising the flexibility of the system. In order to dampen vibrations and improve collision dynamics, in this study, a non-Newtonian fluid-based damping element will be used instead of a linear damping element in impedance control. Damping elements with non-linear fluids are already being researched and used in mechanical systems. Such fluids can be selected with varying viscosities to meet the requirements and can be used according to the system's needs. By incorporating this aspect of fluid dynamics theory into robotic applications, it will improve the vibration response and collision dynamics of the system.
Benzer Tezler
- İki serbestlik dereceli seri robotun kesir dereceli empedans kontrolü
Fractional-order impedance control of 2-DOF seri robot
ALİ ELŞAVİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Mekatronik MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SELÇUK KİZİR
- Haptic rendering with series elastic actuation:Effects of filtering on passivity and fidelity of kinesthetic haptic feedback
Seri elastik eyleme ile dokusal algı yaratma: Alçak geçiş filtresinin pasiflik ve dokusal algı yaratma performansına etkileri
ÖZGÜR TAYLAN KENANOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Mekatronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. VOLKAN PATOĞLU
- Indirect force control in 6 dof humanoid robot arm using impedance controller
Empedans kontrolünü kullanarak 6 serbestlik insansı robot kolunun dolaylı güç kontrolü
BEHNAZ HOSSEINI
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ALİ FUAT ERGENÇ
YRD. DOÇ. DR. PINAR BOYRAZ
- Pnömatik yapay kas tabanlı üst ekstremite manipülatöründe agonist-antagonist kontrol
Agonist-antagonist control in a pneumatic artificial muscle-based upper limb manipulator
FİLİZ ATAK METİNER
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSakarya ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. UĞUR ARİFOĞLU
- Üç serbestlik dereceli robotik kolun kartezyen uzayda empedans kontrolü
Impedance control of 3 DOF robotic arm in cartesian space
AYBERK BEYHAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Mekatronik MühendisliğiBursa Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ NURETTİN GÖKHAN ADAR