Mekatronik Mühendisliği Lisansüstü Programı - Yüksek Lisans

Bu koleksiyon için kalıcı URI

Gözat

Son Başvurular

Şimdi gösteriliyor 1 - 5 / 187
  • Öge
    Gömülü sistemlerde sesli komut tanıma
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 2020-06-22) Çetin, Can ; Doğan, Mustafa ; 518171007 ; Mekatronik Mühendisliği ; Mechatronics Engineering
    Kişilerarası iletişim en yaygın olarak konuşma ile sağlanır. Ses, konuşmanın temel ve çok önemli bileşenidir. Akciğerlerden gelen havayı ses organlarıyla şekillendirerek kulak veya hassas aletler tarafından algılanabilen titreşimler dönüştürülmesi sesin en basit tanımı olarak nitelendirilebilir. Konuşma, boğaz ve ağızdaki bu titreşimlerin ve insan zihni tarafından belirli bir gramer altyapısında algılanabilecek karmaşık bir yapıdaki bir dönüşümdür. Yukarıdaki bilgiler ışığında, tezin amacı, insanların belirli komutları karakterize etmek için oluşturdukları ses verilerini analiz etmektir; bu analize uygun çıkacak özelliklere sahip gömülü işlemci mimarisini içeren bir sistem yetiştirmektir. Ses ve konuşma tanıma, günümüz dünyasında çok popüler hale gelen bir teknoloji olma yolunda ilerlemektedir. Özellikle mahkeme ve savcılık büroları gibi konuşmaların çok hızlı yazılması gereken platformlar veya kolay işlemlerin hızlı bir şekilde gerçekleştirilmesi gereken banka müşteri hizmetleri için telefon uygulamaları bu özelliğin en büyük müşterileridir. Tüm bunlara ek olarak, ses işleme teknolojisi hızla gömülü mimarilere de girmektedir. Örneğin; Televizyonun önünde otururken, uzaktan kumandayla bir program aramak yerine, aradığınız programı söyleyerek programı daha hızlı filtreleyebilir ve isteğinize çok hızlı bir şekilde ulaşabilirsiniz. Aynı şekilde, otomobil teknolojilerinde yüksek hızlarda sürerken, radyoyu sesinizle kontrol etmek güvenlik ve konfor açısından büyük bir gelişmedir. Tez kapsamında yapılan çalışmada, ses işleme teknolojisinin getirdiği bu konfor ve rahatlığı destekleyecek literatüre yeni çalışmaların eklenmesi hedeflenmektedir. Amacımız eğitilmiş sistem üzerinden ilgili komutları tespit etmek ve komuta karşılık gelen eylemi gerçekleştirmektir. Tezin en büyük başarısı, ses analizi ve bu analiz sonucunda oluşturulan veri seti ile ilgili komut kelimesinin ait olduğu dil ailesine bakılmaksızın istenen dilde komutların kullanılmasını sağlamasıdır. Bu çalışmanın en başarılı sonucunu vermek için ses analizi işlemleri; örneğin, sesin filtre seçimi, pencereleme fonksiyonları, özellik çıkarma fonksiyonları karşılaştırmalı olarak denenmiş ve tezde kullanılacak yönteme karar verilmiştir. Derin öğrenme, insan beyninin çalışmasını taklit eden yapay bir zeka işlevidir. Veri işleme ve karar verme için kullanılabilecek modeller oluşturmak üzere tasarlanmıştır. Çok büyük bir sinir ağı ve büyük miktarda erişilebilir veri gerektirir. Makine öğrenimi daha basit kavramlar kullanırken derin öğrenme, insanların nasıl düşündüklerini ve öğrendiklerini taklit etmek için tasarlanmış yapay sinir ağlarıyla çalışır. Sinir ağları, tıpkı insan beyninin nöronlardan oluştuğu gibi katmanlardan oluşur. Ayrı katmanlardaki düğümler bitişik katmanlara bağlanır. Ağın sahip olduğu katman sayısından daha derin olduğu söylenir. İnsan beynindeki tek bir nöron, diğer nöronlardan binlerce sinyal alır. Yapay bir sinir ağında, sinyaller düğümler arasında seyahat eder ve ilgili ağırlıkları atar. Daha ağır bir düğümün bir sonraki düğüm katmanı üzerinde daha fazla etkisi olacaktır. Son katman, bir çıktı üretmek için ağırlıklı girdileri derler. Derin öğrenme sistemleri, büyük miktarda veri işlendiğinden ve birkaç karmaşık matematiksel hesaplama içerdiğinden güçlü donanım gerektirir. Bununla birlikte, bu tür gelişmiş ekipmanlarla bile, derin öğrenme eğitimi hesaplamaları haftalar sürebilir. Derin öğrenme sistemleri, doğru sonuçlar elde etmek için büyük miktarda veri gerektirir; Buna göre, bilgi büyük veri setleri olarak beslenir. Verileri işlerken, yapay sinir ağları, verileri oldukça karmaşık matematiksel hesaplamaları içeren bir dizi ikili doğru veya yanlış sorudan cevaplarla sınıflandırabilir. Örneğin, bir yüz tanıma programı yüzlerin kenarlarını ve çizgilerini, daha sonra yüzlerin daha önemli kısımlarını ve son olarak yüzlerin genel temsillerini tanımayı ve tanımayı öğrenerek çalışır. Zamanla, program kendini eğitir ve doğru cevap olasılığı artar. Bu durumda, yüz tanıma programı yüzleri zaman içinde doğru bir şekilde tanımlayacaktır. Tezin gömülü mimari yönünden bu yana, bir mikrodenetleyici ve 32-bit 600 Mhz saat frekansına sahip çevresel elemanlar kullanılmaktadır. Google AI Lab tarafından sağlanan, masa ve mikrofona yakın veri kümesini gürültüsüz bir ortamda kullanarak; Komut olarak 5 İngilizce kelime seçildi ve MFCC (Mel Frequency Cepstral Coefficients) ve LSTM (Uzun süreli bellek ağları) olan model TensorFlow ve Keras kütüphaneleri kullanılarak eğitildi. Cortex mimarisi elde edildiğinde, Cortex M serisi ailesine ait M7 işlemci, düşük kesme gecikmesi, düşük maliyetli hata ayıklama özellikleri ve geriye dönük uyumluluk ile yüksek verimli, yüksek performanslı, gömülü bir işlemcidir. Colab ağındaki eğitimin sonunda başarı oranı "%95.07" idi. Benzer şekilde MFCC (Mel Frequency Cepstral Coefficients) ve CNN (Evrişimli Sinir Ağları) kullanılarak başarı oranı '%88.03' olarak elde edildi. Bu modeller, TFLite özelliğini destekleyen eIQ platformuna sahip i.MX RT 1060 gömülü işlemci mimarisinde kayan nokta kuralları dikkate alınarak C / C ++ dilleri ile yazılıma dönüştürülmüştür. Sonuç Ram. Flash optimizasyonu, Model uygulanabilirliği ve uyumluluğu dikkate alınarak yapılan karşılaştırmanın bir sonucu olarak, her iki yöntemin de "MFCC ve CNN" yönteminin kullanıldığı sistemlerde ses tanıma projelerinde daha yararlı olduğu düşünülmüştür. Gömülü sistemler ve PC çalışmaları karşılaştırıldığında, performans kayıpları meydana geldi. Nedenleri üç ana kategoriye ayrılabilir: ses yalıtım sorunları, kullanıcı hataları ve çevresel etkiler. Tanıma ortamındaki gürültü, hem konuşmanın spektral özelliklerini deforme ederek hem de uç noktaların yanlış algılanmasına neden olarak tanıma performansını azaltır. Tanınan odanın akustik özellikleri konuşmanın spektral özelliklerini de etkiler. Bu problemlerin ışığında, gelecekteki çalışmalar daha geniş bir veri kümesi, konuşma yönü algılama, aktif gürültü filtreleme, ses çocuk kilidi, cihazın bulunduğu ortamın akustik özelliklerini öğrenme, konuşma komutlarını bluetooth mesh ağlarına bağlı cihazlar üzerinden aktarmaya odaklanacaktır.
  • Öge
    Hava aracı otopilot destek sistemi olarak bir pilot sağlık takip sistemi tasarımı, prototiplenmesi ve entegrasyonu
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 2020-06-01) Yılmaz, Efkan ; Yeniçeri, Ramazan ; 518171014 ; Mekatronik Mühendisliği ; Mechatronics Engineering
    Günümüzde insan faktörü, neredeyse her sektörde önemli bir parametre olarak değerlendirilmekte ve bu yönüyle bir çok araştırmacının dikkatini çekip, çeşitli araştırmalara konu olmaktadır. Özellikle havacılık, insan faktörü konusunun daha da önem kazandığı bir sektördür. Sivil ve askeri havacılık kazaları düşünüldüğünde, bu kazaların %70-80 oranında insan hatası kaynaklı ortaya çıktığı görülmüştür. Ancak bugüne kadar çoğu kaza raporlama sistemi insan faktörünün teorik çerçevesi etrafında tasarlanmamıştır. Bu sebeple pilotların hatalı ya da eksik davranışlar sergilemesindeki temel faktörlerin kaynağı tam olarak belirlenememiştir. Gerekli olan, etrafında yeni araştırma yöntemlerinin tasarlanabileceği ve bu kazalara sebebiyet veren genel bir insan hatası çerçevesi belirlenmesidir. Son yirmi yıl boyunca, uçuş sırasında pilot iş yükünü değerlendirme ihtiyacı, yeni uçakların, sistemlerin ve işletme prosedürlerinin geliştirilmesinde önemli bir faktör haline gelmiştir. Son zamanlarda bu ihtiyaçları karşılamak için pilotların sağlık durumu ve iş yoğunluğu arasında çeşitli bağlantılar kurulması üzerine çalışmalar yapılmaktadır. Bu çalışmalar incelendiğinde, pilotların bilişsel ve fiziksel aktivitelerinin uçuş esnasında önemli parametre haline geldiği gözlenmiştir. Bu aktivitelerin tespit edilmesi, askeri uçaklarda görev etkinliğini, sivil uçaklarda ise güvenliği artırmada önemli bir yapıtaşı olacağı düşünülmektedir. Bu tez kapsamında, hava aracı kontrolünde döngüdeki pilotun yerine otopilotun geçmesi gereken pilot sağlığı ile ilgili şartları yakalayan bir pilot iş yükü ve sağlık takibi sistemi geliştirilmiştir. Sistem, hava aracı kontrolünde pilot kaynaklı problemleri minumum seviyeye indirmeyi amaçlar. Tez çalışmasında, ataletsel ölçüm sensörü, nabız sensörü, kızılötesi sensör, ARM tabanlı mikrodenetleyici, batarya ve besleme katı barındıran bir donanım (elektronik kart) tasarlanmış ve prototiplenmiştir. Bu donanım üzerinde çalışan, pilotun baş oryantasyonunu, nabzını ve göz kırpma sıklığını ölçen, yorumlayan, otopilot ve uçuş görev bilgisayarı için çıkış üreten bir gömülü yazılım geliştirilmiştir. Kask, gözlük ve uçuş simülatörü ile entegrasyon tamamlanmış ve test uçuşları ile veri toplanmıştır. Elde edilen veriler ayıklanmış, otopilot geçişleri için kritik eşikler tespit edilmiştir. Prototipi ile test edilen sistem, otopilot entegrasyonu sürecine hazır hale getirilmiş ve bu süreç gelecek çalışma olarak önerilmiştir.
  • Öge
    Trajectory generation for industrial robots in presence of wrist singularity
    (Institute of Science And Technology, 2019-12-05) Akarsu, Cansın ; Bayraktaroğlu, Zeki Yağız ; 518161008 ; Mechatronics Engineering ; Mekatronik Mühendisliği
    Robotics is a highly interested study field that most likely shapes the future of mankind which is very exciting for scientists and engineers. It is a relatively newer engineering area starting from the late 60s and consisting of different disciplines. From there to now, robots are used almost everywhere, on Mars to Earth, on air to land, in deep space to deep oceans, in factories to houses, in laboratories to hospitals. Surely, this is because of their capabilities in three-dimensional space. They can carry out desired tasks like living beings do and become more intelligent as the time goes on. There are still unsolved problems and active research topics in robotics despite the intense attention. It is possible to see that it is a wide spectrum where plenty of technology branches developed within. New advancements show up inherently and research topics get more complicated with the involvement of different disciplines. Nevertheless, some old problems like inverse kinematics, path planning, or singularity maintain their significance, and suggested solutions vary in the literature. For articulated robots, kinematic singularities are inevitable phenomenons that are caused by the nonlinear relationship between joint space and operational space. At singularities, the instantaneous motion of the end-effector becomes infeasible at least in a spatial direction called degenerate direction. Singularities should be considered as natural constraints of manipulators and had better be handled specially in any task-prior robotic application. Otherwise, whenever the robot arm is at or near singularities, desired end-effector motion in task space may correspond to very high joint speeds and joint torques which are generally impractical. Fundamentally, kinematic singularities of a 6-DOF industrial robot can be classified into three types: shoulder, elbow, and wrist singularities. Shoulder and elbow singularities occur at determined positions of operational space. The former occurs whenever WCP is on the line of the first joint axis and the latter occurs, in simple terms, whenever WCP is on limits of workspace. Generally speaking, if the task is reachable and far enough to the workspace boundaries, it would be sufficient to avoid these singularities. On the other hand, there is not any pre-determined occurrence position for wrist singularity. The degenerate rotation direction is unique for every different end-effector orientation that robot posture forms. Moreover, robot posture may differ with the selected configuration for the same TCP frame. Therefore, in the level of complexity, wrist singularity is superior to other singularities and can be encountered at any position of robot workspace for a given task. This thesis intends to conceive a new analytical solution to the wrist singularity of industrial robots which is known for decades. The overall approach is simply avoiding these wrist singular configurations in applications by regarding kinematic redundancy. Still, avoidance is nothing but a reduction of the workspace to a smaller region that selected robot configuration is not varying. The task may exceed that region even if it is in the workspace. Thus, it is not an exact remedy for this problem. The general solution should be passing through singularity somehow. Certain methods had been applied to both robot control and trajectory generation for singularity-consisting tracking. However, none of these wiped out the infeasible motion of the robot arm whenever it is at singular state. Generally, those methods can be described as a trade-off between tracking error and robot speed. There will be a different viewpoint in this thesis to prove this problem can be solved analytically by defining singular directions on operational space and re-constructing the task in the neighborhood of singularity by concerning these singular directions. If a smooth transition between wrist configurations were possible, all regions of the workspace would become accessible to a continuous path which greatly increases robot capabilities in various applications such as painting, arc welding, laser cutting, water jet, robot machinery, sealing applications, and others. This thesis is mainly aiming contribution to these 5-DOF required continuous processes in which industrial robots are used. After trajectory generated in specified conditions, one can simply load desired joint angles and derivatives to a typical industrial robot and precisely track the path in a continuous application in presence of wrist singular configurations. To explain the problem and the solution clearly, mathematical models are going to be presented for both the robot kinematics side and path planning side. Solutions with the existing methods are going to be shown. Then, our novel solution will be compared with their results in different trajectories.
  • Öge
    Uzun kısa süreli bellek tabanlı sistem tanıma ve uyarlamalı kontrol
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 2020-08-08) Sanatel, Çağatay ; Öke Günel, Gülay ; 518161033 ; Mekatronik Mühendisliği ; Mechatronics Engineering
    Son yıllarda derin öğrenme algoritmalarının popülerliği hızla artmıştır. Derin öğrenme sayesinde farklı alanlardaki pek çok karmaşık problem çözülebilmiş bu sayede de derin öğrenme, mühendislik ve tıp gibi çok önemli alanlarda kendisine yer bulabilmiştir. Ayrıca işlemci teknolojilerinin gelişmesi ile işlem süreleri azalmaya başlamış ve derin öğrenme algoritmalarının gerçek sistemlerde uygulanabilirlikleri artmıştır. Derin öğrenme algoritmalarının bu denli hızlı gelişmesi sayesinde kontrol alanında da daha güçlü, çevresel faktörlere daha duyarlı ve hızlı cevap veren kontrolörler geliştirilebilmektedir. Geliştirilen kontrolörlerin bir sistemi kontrol edebilmesi için sistemi tanımlayan bir matematiksel model gerekmektedir. Bu matematiksel modeli kullanarak sistemler için uygun kontrolörler tasarlanabilir. Bir sistemin matematiksel modelini elde etmek her zaman kolay bir iş değildir. Bazı durumlarda matematiksel model sistemi tanımlamakta yetersiz kalabilir. Bu tip durumlarda sistemin giriş-çıkış verilerini kullanılarak sistem tanımlama gerçekleştirilir ve sistem için uygun bir matematiksel model, gerçek sistemden elde edilen giriş-çıkış verileri kullanılarak oluşturulur. Çalışmanın ilk bölümlerinde UKSB yani Uzun Kısa Süreli Bellek mekanizması ve sistem verileri kullanılarak bir sistem tanımlama gerçekleştirilmiştir. Bu aşamada sistem tanımlama için iki adet örnek sistem belirlenmiş ve testler bu sistemler üzerinde gerçekleştirilmiştir. Sistem tanımlamanın hemen ardından çalışmanın ikinci kısmında, yine UKSB tabanlı bir kendinden parametre ayarlı kontolör kullanılarak referans bir işaretin takibi sağlanmıştır. UKSB tabanlı kendinden parametre ayarlı kontrolör için UKSB ileri ve geri fazı, matematiksel olarak yeniden düzenlenmiştir. İkinci kısımda tasarlanan UKSB tabanlı kontrolör, örnek sistemlerin hem matematiksel modelleri hem de UKSB tabanlı sistem tanımlama modelleri üzerinde denenmiştir. Çalışmada sistem tanımlama ve kontrolör uygulamaları için Uzun Kısa Süreli Bellek (UKSB) kullanılmasının en büyük nedenlerinden biri geçmişe dönük sistem verilerini kullanarak sistemi diğer makine öğrenmesi algoritmalarına göre daha iyi modelleyebilmesidir. Bu sayede kontrol için kullanılacak uyarlamalı modelin gerçek modele daha benzer davranışlar sergilemesi ve sistem çıktılarının referans işareti daha yakından ve daha hızlı yerleşme zamanlarında takip edebilmesi sağlanır. Genel olarak çalışmanın ilk kısımlarında UKSB tabanlı sistem tanımlama ile örnek sistemlerin verilerinden matematiksel model elde edilmiş ardından da UKSB tabanlı bir uyarlamalı kontrol algoritması için derin öğrenme içerikli yeni bir yöntem sunulmuştur. Geliştirilen bu yöntem örnek sistemler üzerinde denenmiştir. Çalışma kapsamında sistem tanımlama, Uzun Kısa Süreli Bellek ve uyarlamalı kontrolör konuları hakkında da genel bilgiler verilmiştir. Çalışmanın sonuç kısmında ise elde edilen çıktılar klasik yapay sinir hücreleri ile oluşturulmuş bir uyarlamalı kontrolör çıktıları ile karşılaştırılmış ve birbirlerine göre üstünlükleri ve eksiklikleri tartışılmıştır.
  • Öge
    Küre üzerinde dengede durabilen robot tasarımı
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 2019-09-09) Pazarbaşı, Avni Hilmi ; Yalçın, Müştak Erhan ; 518141021 ; Mekatronik Mühendisliği ; Mechatronics Engineering
    Bu tez çalışması kapsamında; bulunduğu yer düzleminde bulunan serbest bir kürenin istenilen konuma hareketini ve bu küre üzerindeki gövdenin denge ve yönelimini sağlayan mekanizmanın, elektronik kartların ve kontrolcülerin geliştirilme süreçleri ile tasarım doğrulama çalışmaları anlatılmıştır. Çalışma kapsamında birbirlerine eşit mesafede bulunan, gövdeye bağlı sabit üç motor ve çok yönlü teker tahrikiyle dengesini ve hareketini sağlayan mekanizmanın, tasarımsal geliştirme süreçleri açıklanmış, Langrange denklemleriyle hareket denklemlerinin eldesinden bahsedilmiştir. Hareket denklemlerinin eldesinin ardından robotun dengede durmasını ve istenilen bir konuma yönlendirilmesini sağlayan iki farklı kontrolcü geliştirilmiştir. Geliştirilen LQR (Linear Quadratic Regulator) ve LQG (Linear Quadratic Gaussian) kontrolcülerin test giriş işaretlerine verdiği yanıtlar bozucu etki yokken ve bozucu etki varken incelenmiş ve sonuçlar yorumlanmıştır. LQR ve LGQ kontrolcülerin çıkışı olan motor tork işaretlerini uygulamak üzere doğru akım motorları için tork kontrolcüsü benzetim ortamında geliştirilmiştir. Robotun dengede durmasını sağlayacak kontrolcünün koşacağı ve anakart işlevi gören devre ile anakartan gelen referans tork işaretlerinin motorlar tarafından uygulanmasını sağlayan sürücü kartların; devrelerinin ve baskı devre plakalarının tasarlanması-geliştirilmesi anlatılmış, algılayıcı ve eyleyici seçimleri yapılmıştır. Tasarım çalışmasının tamamlanmasının ardından, tasarım doğrulama çalışmasına geçilmiştir. Robot gövdesinin mekanik tasarımında motorlar dışında hareketli parça bulunmaması sebebiyle gövdenin mekanik montajının dijital tasarım ortamında yapılması yeterli görülmüştür. Elektronik tasarımı yapılan anakart ve sürücü kartlar üretilmiş ve işlevselliği test edilmiştir. Anakartın çıktısı sürücü karta iletilecek olan motor tork kontrol işaretidir ancak sürücü kartların çıktısı doğrudan motorlara uygulanacak elektriksel sinyallerdir. Dolayısı ile doğrulama çalışmaları kapsamında kartlar arasındaki haberleşmelerin yapılabildiği ve sürücü kartın motor tork kontrolü yapabildiği gösterilmiştir. Bu amaçla bir test alyapısı oluşturulmuştur. Motor sürücü kart debug modda çalıştırılmış ve sürekli olarak yazmaçlarındaki değerler takip edilmiştir. Bununla beraber motor sürücü kartın haberleşme çıkışlarından biri sayesinde tork referans değeri ve sürekli olarak motorun çektiği akımın ölçülmesi ile hesaplanan motor tarafından uygulanan tork değeri bilgisayar ortamına aktarılmıştır. Motor sürücü karttan çıkan bilgi bir FTDI dönüştürücü ile bir bilgisayarın USB portu vasıtasıyla bir terminal programına aktarılmıştır. Toplanan bu veriler daha sonra incelenmiş ve istenilen tork değerlerinin motorlar tarafından uygulanabildiği gösterilmiştir.