Kablo ile sürülen paralel düzlemsel robot manipulatörler için uyarlamalı kontrolcü tasarımı
Adaptive controller design for cable driven parallel planar robot manipulators
Yazar: HAYRİ HOCAOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. TÜRKER TÜRKER
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control
Dizin: Adaptif model izleme kontrol sistem = Adaptive model following control system ; Hareketli robotlar = Mobile robots ; Paralel manipülatörler = Parallel manipulators ; Robot manipülatörleri = Robot manipulators

Özet:
Uzun zamandır insanlar yaptıkları fiziksel işleri kolaylaştıracak ya da bu işleri tamamıyla üstlenebilecek yardımcılar geliştirmek için çalışmalar yapmaktadır. Günümüzde bu çalışmaların geldiği noktada çeşitli robot türleri ile insanların ihtiyaç duydukları işler yerine getirilmektedir. Robotlar, günümüz insanları için yaşamlarını birlikte sürdürdükleri sıradan nesneler haline gelmektedir. Gelişimleri devam eden robotlar hizmet ettikleri amaçlara göre özelleşmektedir. Robot manipülatörler, yapısal özelliklerine göre seri ve paralel robotlar şeklinde iki ana bölümde incelenmektedir. 
 
Paralel robot manipülatör türlerinden bir tanesi olan kablo ile sürülen robotlar, karmaşık yapılarına rağmen hızlı olmaları, geniş alanlarda çalışabilme özellikleri ve hacim olarak daha az yer kaplamaları nedeniyle, bu tür robotların kullanımı son yıllarda artmaktadır. Sahip olduğu bu özelliklerin yanında kablo ile sürülen robotlar için, içerdikleri kablolar ve paralel robotların sahip olduğu karmaşık yapı nedeniyle, dinamik denklemlerinin oluşturulması seri robotlara göre zorlaşmaktadır. Kullanım oranlarının artması ve yapılarının kolaylıkla çeşitlenebilmesi nedeniyle kablo ile sürülen robotlar üzerinde son yıllarda gerçekleştirilen araştırmalar artmaktadır. Yapılan bu araştırmalar bu tip robotlardaki kinematik sorunları, dinamik modellerindeki karmaşıklıkların giderilmesi üzerine odaklanmaktadır. Diğer yandan kabloların fiziksel yapılarının dinamik model içerisine katılmasını içeren araştırmalarda bulunmaktadır. Kabloların fiziksel özelliklerinin dahil edilmesi küçük alanlarda çalışan robotlarda göz ardı edilebilirken geniş alanlarda çalışan robotlarda dahil edilmesi göz ardı edilemeyecek duruma gelmektedir.
 
Kablo ile sürülen robotlarda dinamik modelin sahip olduğu zorlukların yanında sahip olduğu belirsizlikler bu robotların kontrolünü zorlaştırmaktadır. Kablo ile sürülen robotlar kabloların öz kütleleri, eylemsizlik momenti ve hareketini sağladığı yüklerinin ağırlıkları gibi belirsiz parametreler içermektedirler. Bu çalışmada, kablo ile sürülen robotlarda belirsizlikler altında kontrolün sağlanabilmesi için bir uyarlamalı kontrol yapısı geliştirilmiştir. Önerilen kontrolcünün tasarım aşamasında doğrudan Lyapunov yaklaşımı kullanılmış, bu sayede kapalı çevrim sistemin kararlılığı garanti altına alınmıştır. Buna ek olarak, LaSalle-Yoshizawa teoremi ile uç efektörün konumlama hatasının sıfıra yakınsadığı da gösterilmiştir. Son olarak kontrolcü  için gerçekleştirilen benzetim çalışmaları ile belirsizlikler altında çalışması sınanmış ve başarılı sonuçlar elde edilmiştir.

Abstract:
For a long time, human beings has been working to develop assistants who will facilitate or undertake the physical work done. Today at point of the work, various types of robots are fulfilled the works that people need. Robots are becoming  to ordinary objects that live their lives together for today's people. Robots that continue their development are customized according to the purpose. Robot manipulators are mainly considered in two categories according to their structural characteristics that are serial and parallel robots.

The use of cable driven robots, one of the members of parallel robot manipulators, has been increasing recently due to the fact that these robots have less volume, large workspace and fast speed despite complex structure.  In addition to these features, due to the complex structure of the cables and parallel robots, the creation of dynamic equations is difficult than serial robots' creation of dynamic equations. Research on cable-driven robots has increased in recent years due to increased  usage and easy diversification of structures. These researches focus on the kinematics problems in this type of robots and the elimination of complexities in their dynamic models. On the other hand, the physical structure of the cables into the dynamic model researches are included. The inclusion of the physical properties of the cables can be neglected in small workspace robots, but the inclusion in large workspace robots is inconceivable.

In addition to the difficulties of the dynamic model in cable driven robots, the uncertainties make difficult to control the robots. Cable driven paralel robots have uncertain parameters such as the mass of the cables, the moment of inertia and the weight of the loads. In this study, an adaptive control structure has been developed to provide control under the uncertainties of cable driven robots. In the design phase of the proposed controller, the directly Lyapunov approach was used for ensuring the stability of the closed loop system. In addition, the end effector's positioning error to converge to zero is proven with the LaSalle-Yoshizawa theorem. Finally, simulations performed for the controller, were tested under uncertainties and successful results were obtained.