Pnömatik yapay kaslı 3 serbestlik dereceli robot kolun yapay sinir ağları ile konum kontrolü
Position control of pneumatic artificial muscle 3 degrees of freedom robot arm with artificial neural network
Yazar: KÜBRA TÜRE
Danışman: PROF. DR. HAMDİ ALPER ÖZYİĞİT
Zonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, 3 serbestlik derecesine sahip olan bir robot kolun pnömatik yapay kaslar kullanılarak hareket ettirilmesi hedeflenmiştir. Robot kol, döner bir tabana sahip ve uzayıp kısalan yapay kaslarla desteklenen iki koldan oluşmaktadır. Bu tasarımın amacı, robot kolunun uç noktasının konumunu kontrol etmektir. Tasarımın ilk aşamasında, Solidworks programı kullanılarak robot kolunun tasarımı ve kinematik analizi gerçekleştirilmiştir. Daha sonra, Matlab Simulink kullanılarak robot kolunun konum kontrolü simülasyon yoluyla gerçekleştirilmiştir. Bu adımda, pnömatik yapay kasların dönme açısı ve uzunlukları değiştirilerek, kolun uç noktasının x, y ve z kartezyen koordinatlardaki konumu hesaplanmıştır.
Son aşamada, elde edilen simülasyon verileri kullanılarak bir yapay sinir ağı programı eğitilmiştir. Yapay sinir ağı, tabanın dönme açısı ve yapay kas uzunluklarını giriş olarak alırken, kolun uç noktasının x, y ve z koordinatlarını çıkış olarak vermektedir. Eğitim verileri, çeşitli dönme açıları ve yapay kas uzunlukları kullanılarak oluşturulmuş ve toplamda 139 satırdan oluşmuştur.
Yapay sinir ağının eğitimi 36 iterasyon sonunda tamamlanmış ve %0.9998 gibi yüksek bir doğruluk elde edilmiştir. Bu, yapay sinir ağının, farklı giriş değerleri için makul fiziksel sınırlar içinde kalarak, robot kolunun konum kontrolünü başarıyla gerçekleştirebildiğini göstermektedir.
Sonuç olarak, bu çalışma pnömatik yapay kaslarla kontrol edilen bir robot kolunun tasarımından başlayarak, kinematik analizini yapma, Matlab Simulink ile simülasyonunu gerçekleştirme ve yapay sinir ağları kullanarak konum kontrolünü eğitme aşamalarını içermektedir. Elde edilen sonuçlar, robot kolunun başarılı bir şekilde kontrol edilebildiğini ve potansiyel uygulama alanlarının olduğunu göstermektedir.

Abstract:
In this study, the aim is to control a robot arm with 3 degrees of freedom using pneumatic artificial muscles. The robot arm consists of two arms supported by a rotating base and actuated with extending and contracting artificial muscles. The purpose of this design is to control the position of the robot arm's end effector. In the initial stage, the design and kinematic analysis of the robot arm were performed using the Solidworks program. Subsequently, the position control of the robot arm was achieved through simulation using Matlab Simulink. In this step, by changing the rotation angle and lengths of the pneumatic artificial muscles, the position of the arm's end effector in x, y and z cartesian coordinates was calculated.
In the final stage, an artificial neural network was trained using the simulation data obtained. The artificial neural network takes the rotation angle of the base and the lengths of the artificial muscles as inputs and provides the x, y and z coordinates of the arm's end effector as outputs. Training data were created using various rotation angles and artificial muscle lengths, totaling 139 rows.
The training of the artificial neural network was completed after 36 iterations, achieving a high accuracy of about %99.98. This indicates that the artificial neural network successfully performs the position control of the robot arm within reasonable physical limits for different input values.
In conclusion, this study includes the design of a robot arm controlled by pneumatic artificial muscles, kinematic analysis, simulation using Matlab Simulink and training of the position control using artificial neural networks. The results demonstrate the successful control of the robot arm and its potential applications.