FBE- Mekatronik Mühendisliği Lisansüstü Programı - Yüksek Lisans
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Yazar "Akbaş, Serhat" ile FBE- Mekatronik Mühendisliği Lisansüstü Programı - Yüksek Lisans'a göz atma
Sayfa başına sonuç
Sıralama Seçenekleri
-
ÖgeStäubli Rx-160 Manipülatörünün Kuvvet Kontrolü(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2016-01-05) Akbaş, Serhat ; Bayraktaroğlu, Zeki Yağız ; 10097202 ; Mekatronik Mühendisliği ; Mechatronics EngineeringGünümüzde robotlar pek çok işte insanların yerini almaya başlamıştır. Her gün gelişen robot teknolojisi, robotların iş yapma hızını ve iş kalitesini artırmaktadır. Robotlar kullanıldıkları alanların vazgeçilmez unsuru olmaktadır. Bugün robotlar, cerrahi operasyonlarda ve uzay araçlarında kullanılabilmektedir. Robotlar arasında manipülatörler, endüstriyel uygulamalarda sıklıkla karşımıza çıkmaktadır. Endüstride üretim hızının ve kalitesinin sürekli artması istendiği için, gelecekte daha fazla robotun üretim sahasında kullanılacağını söyleyebiliriz. Endüstriyel manipülatörler, çoğunlukla üretim hattında parça taşıma, paketleme, kaynak ve boya yapma işlerinde kullanılmaktadır. Dikkat edilecek olursa, bu uygulamalarda çevre ile temas çok az veya hiç yoktur. Robot, izlediği yol boyunca herhangi bir engelle karşılaşmaz. Diğer bir deyişle, bu uygulamalarda asıl amaç çevre ile etkileşim değil, serbest uzayda planlanmış bir hareketi gerçekleştirmektir. Endüstriyel manipülatörler çevre ile etkileşim gerektiren uygulamalarda da kullanılabilmektedir. Montaj, çapak alma, taşlama ve cilalama bu uygulamalardandır. Bu tip uygulamalarda klasik konum kontrolü yetersiz kalmaktadır. Klasik konum kontrol yöntemleriyle istenen kalitede iş yapmak için, iş parçasının konumunun son derece hassas olması, manipulatörün ve çevrenin de çok iyi modellenmiş olması gerekmektedir. Bu şartları sağlamak her zaman mümkün olmayabilir. Çevre ve manipulatörün sertliğinin yüksek olduğunu düşünürsek, bu şartların sağlanamaması durumunda, konumda ufak bir hatanın oluşması, çok büyük temas kuvvetlerinin ortaya çıkmasına sebep olmaktadır. Bu da iş parçasına veya manipülatöre zarar verebilir. Eğer çevre ile etkileşim söz konusuysa, “uyumlu hareket kontrolü” veya “kuvvet kontrolü” bize daha iyi sonuç verecektir. Bu kontrol yönteminde, serbest konum kontrol yönteminden farklı olarak, çevre ile olan temas sonucunda oluşan kuvvetler dikkate alınır, bu kuvvetler doğrudan veya dolaylı yoldan işleme sokulur ve uygun kontrol sinyalleri üretilir. Kuvvet kontrolü, robotik sistemlerin bilinmeyen bir çevrede öngörülemeyen durumlarda çalışabilmesi ve esnek bir davranış sergilemesinde ve akıllı tepkiler vermesinde önemli bir rol oynamakta ve insan-robot etkileşimine katkıda bulunmaktadır. Yukarıda anlatılan çevre ile uyumlu davranış iki şekilde elde edilebilir: pasif etkileşim kontrolü ve aktif etkileşim kontrolü. Pasif etkileşim kontrolünde, temas kuvvetleri, robotun yapısal esnekliğiyle, servo motorların esnekliğiyle veya robotun ucuna monte edilmiş özel bir uç işlevciyle kontrol altında tutulmaya çalışılır. Endüstriyel uygulamalarda genellikle üçüncü yöntem kullanılır. Bu metot basit ve ucuz olmakla birlikte, robotun çevreyle temasından doğan hatalara karşı tepkisi de (programlanmış bir kontrol algoritmasından farklı olarak) hızlıdır. Fakat saydığımız avantajlarına rağmen bu yöntem, farklı endüstriyel uygulamalara karşı esnekliğe sahip değildir. Her uygulama için özel olarak bir uç işlevci tasarlanması gerekmektedir. Aktif etkileşim kontrolünde, manipulatörün çevre ile uyumu özel olarak tasarlanmış bir kontrol sistemi sayesinde sağlanmaya çalışılır. Bu kontrol yöntemlerinde genellikle robotun bileğine monte edilmiş bir kuvvet sensörünün ölçtüğü temas kuvvetleri geri besleme ile işleme sokulur. Bu tezde kullanılan kuvvet sensörü, iş uzayında altı kuvvet bileşenini (üç kuvvet, üç moment) ölçebilmektedir. Bu tezde aktif etkileşim kontrolü ele alınmıştır. Aktif etkileşim kontrolü ayrıca kendi içerisinde iki kategoriye ayrılabilir: dolaylı kuvvet kontrolü ve doğrudan kuvvet kontrolü. Dolaylı kuvvet kontrolünde, temas kuvvetleri, modifiye edilmiş bir hareket kontrol metoduyla kontrol edilir. Doğrudan kuvvet kontrolünde ise kullanıcı, manipülatöre istenen temas kuvvetlerini besler ve manipulatör de bu referans değerlerini izlemeye çalışır. İlk kategorideki kontrol yöntemleri için empedans kontrolü örnek olarak verilebilir. Bu yöntemde, manipulatörün hareketi sırasında çevre ile etkileşim sebebiyle ortaya çıkan konum hataları, temas kuvvetleriyle ilişkilendirilir. Bu ilişki ise mekanik empedans olarak tanımlanır. Bu kontrol yönteminde, manipulatör çevre ile etkileşimi sırasında istenen mekanik davranışı göstermeye zorlanır. İkinci kategoriye örnek olarak hibrid kuvvet/konum kontrolü verilebilir. Bu kontrol yönteminde iş uzayı, iki alt uzaya ayrılır. Bu alt uzaylardan birine konum kontrolü uygulanırken diğerine kuvvet kontrolü uygulanır. Aynı alt uzaya hem konum, hem de kuvvet kontrolü uygulanamaz. Kuvvet kontrolü uygulanan uzayda, doğrudan istenen temas kuvvetleri üretilir ve bunların takip edilmesi için gerekli kontrol sinyalleri üretilir. Konum kontrolünden ve kuvvet kontrolünden üretilen kontrol sinyalleri eklem torklarına (veya kuvvetlerine) dönüştürüldükten sonra bu değerler toplanır ve manipülatöre gönderilir. Bu tezde, İstanbul Teknik Üniversitesi Mekatronik Eğitim ve Araştırma Merkezi bünyesindeki Stäubli RX-160 endüstriyel manipulatörünün üzerinde farklı kuvvet kontrol algoritmaları uygulanması amaçlanmaktadır. Stäubli RX-160 endüstriyel robotik manipulatör, boya yapmak veya iş parçalarını üretim hattında bir noktadan diğerine taşımak amacıyla tasarlanmıştır. Robot orta boyutta olup, nominal hızlarda 20 kg yük taşıyabilmektedir. Stäubli firmasının sağlamış olduğu LLI programlama arayüzü sayesinde, manipulatör üzerinde, literatürde önerilen kontrol algoritmaları, manipulatör kontrolcüsüne gömülüp test edilebilmektedir. LLI, kullanıcıya manipülatörü her yönüyle ele alıp kontrol edebilmesini sağlamaktadır. Bu da akademik çalışmalar için bize avantaj sağlamaktadır. Literatürde gösterilen kontrol şemaları, robot üzerinde denenebilmekte ve bu şemaların performansları ölçülebilmektedir. LLI aynı zamanda birtakım güvenlik fonksiyonları da içermektedir. Bu da, bir ölçüye kadar, robot üzerinde yapılan denemelerde meydana gelen hataların robota veya çevreye zarara vermesini önlemektedir. Bu tez beş ana bölümden oluşup, ilk bölümde tezin amacına, Stäubli RX-160 manipulatörün başlıca teknik özelliklerine ve manipulatörün donanım ve yazılımına değinilmiştir. İkinci bölümde, manipulatörün kinematik ve dinamik modelleri çıkarılıp, manipulatörün bilinmeyen parametrelerinin tanınmasından bahsedilmektedir. Bu modeller kontrol için gerekmektedir. Dinamik modelin çıkarılması için gereken kütle parametreleri, Stäubli tarafından sağlanmıştır. Geçmişte bu robot üzerinde yapılmış tanımlama çalışmasından elde edilen sürtünme ve yay modeli bu tezde doğrudan kullanılmıştır. Üçüncü bölümde, ilk olarak yörünge planlamasından bahsedilmiştir. Yörünge planlaması robotun izlemesi gereken yolun zamana bağlı denklemini verir. Bu bölümde daha sonra, hareket kontrol şeması gösterilmiştir. Ardından, kuvvet kontrol şemaları gösterilmiş ve bunların benzetim ortamında elde edilen sonuçları verilmiştir. Benzetim sonuçları, kontrol şemalarının gerçek zamanlı uygulanmasından önce robotun hareketi ve eklemlere uygulanması gereken kuvvetler hakkında ipuçları vermiştir. Fakat benzetim sonuçları ile gerçek zamanlı uygulama sonuçları arasında bir karşılaştırma yapılması amaçlanmamıştır. Bunun nedeni, ileri dinamik robot modeli ve kontrol şemasında kullanılan ters dinamik robot modelinin benzetimlerde birebir aynı olmasıdır. Bu da, robotun mükemmel bir şekilde modellendiğini ileri sürer ki böyle bir varsayım gerçekçi değildir. Dördüncü bölümde, ilk olarak deney ortamından bahsedilmiş, deneyler sırasında ortaya çıkan sorunlara değinilmiştir. Daha sonra, bir önceki bölümde bahsedilen kontrol şemaları, gerçek zamanlı olarak robota uygulanmış ve elde edilen sonuçlar gösterilmiştir. Beşinci ve son bölümde, yapılan çalışmalar özetlenip gelecekte yapılabilecek çalışmalar için öneriler sunulmuştur.