Esnek eklemli ve esnek bağlı robot kolu kontrolü
Control of flexible link and flexible joint robot manipulator
Yazar: İSMAİL HAKKI AKYÜZ
Danışman: DOÇ. DR. ZAFER BİNGÜL
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering
Dizin: Bulanık denetim = Fuzzy control ; PID = PID ; Robot denetim = Robot control

Özet:
Bu çalışmada, robot biliminde önemli kontrol problemleri arasında bulunan robot kollarındaki esneklik ve titreşim sönümlemesi konuları incelenmiştir. Esnek eklemli ve esnek bağlı robot kolları için deney düzeneği oluşturulmuştur. Oluşturulan robot modelleri matematiksel olarak modellenip, robot kollarının dinamik denklemleri elde edilmiştir. Her iki esnek robot kolu için, robot uç işlevcisinin istenilen referansa en az titreşim ve en yüksek hassasiyetle ulaşabilmesi için çeşitli kontrolörler tasarlanmıştır. Esnek eklemli ve esnek bağlı robotların kontrolü için sırasıyla, PID, bulanık mantık, durum geri beslemeli ve kesir dereceli PID kontrol yöntemleri kullanılmıştır. Kullanılan kontrolörler Matlab/Simulink ortamında hazırlanmış ve bu ortamla uyumlu çalışabilen DS1103 dSPACE DSP gerçek zamanlı kontrol kartı ile sistemlere uygulanmıştır. Oluşturulan iki farklı robot kolu modeli içinde, konum kontrolü, yörünge takibi ve gürbüzlük ve kararlılık testi deneyleri yapılmıştır. Esnek eklemli ve esnek bağlı robot kolu için yapılan konum ve yörünge takibi deneylerinde en iyi sonuçları bulanık mantık kontrolörü üretmiştir. Geliştirilen bulanık mantık kontrolörler, esnek eklemli robotun 1.7 saniyede, esnek bağlı robotun ise 1.35 saniyede konum kontrolünü gerçekleştirmişlerdir. Sinüzoidal yörünge takibi deneylerinde ise bulanık mantık kontrolör, esnek eklemli ve esnek bağlı robot uç işlevcilerinin yörünge takibini en büyük 0.54° ve 3.2 mm hata ile gerçekleştirmelerini sağlamıştır. Ayrıca kane fonksiyonu ve üstel fonksiyon yörünge takibi deneylerinde oldukça başarılı sonuçlar elde etmiştir.

Abstract:
In this study, flexibility and vibration suppression in the robot arms, are examined. These subjects are very important control problems in robotics. The experimental setups of the single-link flexible joint robot arm and single-link flexible robot manipulator are developed to study control problems of the robot arms. Fabricated robot manipulators are modelled with energy based Lagrangian equations. Different controllers are developed to control position and trajectory tracking of the end point. The used control algorithms are PID, fuzzy logic, state-feedback and fractional order PID controllers. They are designed in Matlab/Simulik enviroment and embeded in DSPACE DS1103 real time control board and applied to the robot arms with this controller board. The position and trajectory tracking control experiments are conducted to the both of the systems to verify the developed controllers performances. Moreover, the robustness and stability of the controllers are tested in order to compare them. Considering the all results of the experiments, the best results are obtained with the fuzzy logic controllers. During the position control experiments with fuzzy logic controllers, settling time of the motor rotation angels of the flexible joint robot arm and the flexible link robot are obtained 1.7 and 1.35 seconds, respectively. In the sinusoidal tarajectory tracking experiments with fuzzy logic controllers, the refference trajectories are tracked with maximum 0.54° and 3.2 mm errors in the tip deflection, respectively.