Robot manipülatör denetimi
Robot manipulator control
Yazar: HİKMET KOCA
Danışman: PROF. DR. M. CENGİZ TAPLAMACIOĞLU
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2007
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Denetim = Control

Özet:
Robot manipülatörün eksen sayısının artmasıyla birlikte, robotun hareket yeteneği de artmaktadır, fakat bununla beraber robot manipülatörün denetimi de zorlaşmakta ve denetim algoritması daha karmaşık hale gelmektedir. Bu çalışmada endüstride kullanılan eksen-özgül ve kartezyen-özgül robot manipülatör denetim yöntemleri uygulanmıştır. Yapılan eksen-özgül çalışmada altı eksenli robot manipülatörün bir manevra kolu ile basit ve ekonomik olarak denetimi amaçlanmaktadır. Robot manipülatörün denetimi için tasarlanan sayısal devre, genel amaçlı FPGA (Alan programlanabilir kapı dizileri) tabanlı bir geliştirme kartı üzerinde Verilog donanım tanımlama dili kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Geliştirilen sistem manevra kolundan alınan giriş sinyallerini yorumlayarak denetlenmek istenilen manipülatör eksenine ait motoru sürmek için gerekli PWM (Darbe genişlik modülasyonu) sinyalini üretir.Kartezyen-özgül çalışmada DSP (Sayısal işaret işleme) uygulamaları için geliştirilmiş bir FPGA kullanılarak üç eksenli robotun kartezyen denetimi gerçekleştirilmiştir. Geliştirilen sistem manevra kolundan gelen sinyalleri yorumlar ve robotun hangi yönde hareket edeceğini, yeni x, y değerlerini bulur ve çözümlenmesi için kinematik bloğuna gönderir. Kinematik bloğunun içerisinde, robotun ucunun konumlanması istenilen x, y değerleri için gerekli olan eklem açıları robotun ters kinematik denklemlerinin çözülmesi ile elde edilir. Bulunan eklem açıları robotun düz kinematik denklemlerinde yerine koyularak elde edilen sonuçların robotun çalışma alanı içinde olup olmadığı denetlenir. Eğer elde edilen sonuçlar robotun çalışma alanı içinde ise robotun eklemlerinin istenilen koordinatlarda konumlanması için gerekli açılar bulunmuş olur. Bulunan açılar, açı-sinyal genişliği bloğuna gönderilir. Açı-sinyal genişliği bloğu girişindeki açı değerlerini okur ve robotun eklemlerinde yer alan servo motorların bu açılarda konumlanması için gerekli olan darbe genişliklerini hesaplar ve bu genişlik değerlerini ilgili eksen denetleyicilerine gönderir. Eksen denetleyicileri girişlerindeki sinyal genişlik değerlerini okurlar ve bu genişlik değerlerine sahip kare dalgaları çıkışlarında üretirler. Bu sinyaller robotun eklemlerinde yer alan motorların kontrol uçlarına gönderilir, robotun istenilen koordinatlarda konumlanması sağlanır ve sistemin çözümü doğru ve hızlı bir şekilde elde edilmiş olur.Anahtar Kelimeler : Robot manipülatör, FPGA, manevra kolu, denetim

Abstract:
As the number of robot joints increases in parallel with the robot dexterity. But, control of the robot manipulator also gets difficult and complex. In this study, axis-specific and cartesian-specific robot manipulator control methods are implemented which are common well-known methods in industry. In the axis-specific part of the research, the control of a six-axes robot manipulator with a joystick is achieved with simplicity and efficiency. The designed digital circuit for controlling the robot manipulator is implemented on a general purpose FPGA board with Verilog hardware description language. The developed system comments the input signals which are taken from the joystick then generate the necessary PWM signal to drive the related axis motor. In the cartesian-specific part of the research, cartesian-specific control of a three axes robot manilpulator is implemented on a FPGA board which is developed for DSP applications. The developed system evaluates signals which are taken from the joystick, and finds the direction of motion of the manipulator, and finds the new coordinate x, y values, then sends them to the kinematic block. In the kinematic block, joint angles, which are necessary for the desired coordinates (x and y)values, are obtained by solving inverse kinematic equations of the robot. These obtained joint angles are put into direct kinematics equations of the robot to check if the final gripper position is in the work space of the manipulator. If it is in the work space of the robot manipulator then the required joint angles for achieving the desired motion are kept correctly and rapidly. Thus, obtained joint angles are sent to the angle-pulse widht block. The angle-pulse width block reads the input values of the angles, calculates the necessary pulse widths for allocating the servo motors at the desired angles, and then sends the obtained pulse widths to the axis controllers. The axis controllers reads the input values of the pulse widths, and generates necessary PWM signals to drive the corresponding axis motor.Key Words : Robot manipulator, FPGA, joystick, control