Beş eksenli bir robot kolunun simülasyonu ve kontrolü
Simulation and control of a robot arm with five axes
Yazar: ALPER BAYRAK
Danışman: PROF. DR. MÜZEYYEN SARITAŞ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2007
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu çalısmada, bes eksenli bir robot kolunun ters kinematik hesaplamaları veyörünge planlaması yapılmıs, robotun hareketi esnasında önüne çıkabilecekengeli tanımlayacak bir sistem gelistirilmis ve robot kolunun hareketi bilgisayarortamında simüle edilmistir.Robot kolunun ters kinematik problemi, Paden-Kahan alt problemleri olarakbilinen alt problemlere indirgenerek çözülmüstür. Daha sonra ters kinematikprobleminde, robot kolunun uç noktasının gitmesi istenen noktanın x, y, zkoordinatları ve baslangıç pozisyonuna göre açısı () girdi olarak verilerek 1,2, 3, 4 eklem açıları hesaplanmıstır. Robot kolunun islevini yerine getirirkentitresimsiz ve düzgün hareket etmesi için yörünge planlaması yapılmıstır.Yörünge planlaması yapılırken; pozisyonda, hızda ve ivmede sürekliliksaglamak için, besinci dereceden polinomlar kullanılmıstır.Robot kolunun yolu üzerinde bir engel olup olmadıgını algılayabilmesi içinkamera ve bilgisayar programından olusan bir sistem gelistirilmistir. Sistemdekamera, robot kolunu görecek sekilde yerlestirilmis ve çekilen görüntülerbilgisayara aktarılmıstır. Görüntü isleme teknigi ve nesne tanımlamaalgoritması kullanılarak elde edilen görüntülerden, engel tanımlanmıstır. Nesnetanımlama algoritmasında temel olarak katlama teknigi kullanılmıstır. Engeliitanımlandıktan sonra yine görüntü üzerinde seçilen referans noktalarkullanılarak piksel-mesafe bagıntısı çıkarılmıs ve görüntüdeki nesnenin robotkoluna göre konumu hesaplanmıstır.Görüntüde tanımlanan nesne, robot kolunun yolu üzerinde ise robot kolununnesneye çarpmasını engellemek için bir ara nokta hesaplanmıstır. Bu sekilderobot kolunun nesneye çarpmadan hareketini tamamlaması saglanmıstır.Kullanıcı isterse görüntüdeki nesneyi hedef olarak da tanımlayabilmektedir.Nesne tanımlandıktan ve robot kolunun eklem açıları hesaplandıktan sonra,robot kolunun hareketi bilgisayarda 3 boyutlu olarak simüle edilmistir.Simülasyon sonunda robot kolu eklemlerinin açı-zaman, hız-zaman ve ivmezamangrafikleri çizdirilmistir.Robotun ters kinematik hesaplamaları, yörünge planlaması, piksel-mesafehesaplaması ve üç boyutlu simülasyonu ?Delphi 7? programlama dilikullanılarak gerçeklestirilmistir. Görüntü isleme ve nesne tanımlama islemleri?MATLAB R2006a? kullanılarak gerçeklestirilmis ve elde edilen sonuçlar?Delphi 7?de yazılan programa aktarılmıstır.

Abstract:
In this study, the inverse kinematics calculations and trajectory planning of arobot arm with five axes has been done, a system that would define anyobstacle/target could be appeared on the way of robot arm during its motion hasbeen developed and the motion of robot arm has been simulated usingcomputer.The inverse kinematics problem of robot arm has been solved by dividing it intosub problems which were known as Paden-Kahan sub problems. After that, inthe inverse kinematics problem, Cartesian coordinates of the goal point (x, y, z)and the angle of the end effecter () with respect to the initial position wereentered as an input and the joint angles (1, 2, 3, 4) were calculated. Thetrajectory was planned in such a way that the robot achieves a smooth motionwhile performing the task. While planning trajectory, fifth order polynomialshave been used for obtaining continuity in the position, velocity andacceleration.A system consists of a camera and software was developed for perceiving if anyobstacle/target was on the way of robot arm. The camera has been located onthe system to see the robot arm and the images taken by the camera weretransferred to the computer. Using image process technique and objectiirecognizing algorithm, the obstacle was defined from the images taken.Convolution technique was basically used in the object recognizing algorithm.After the obstacle recognized, the relation between pixel and distance wasobtained using the selected reference points in the image and the location of theobject which respect to the robot arm was calculated.If the object recognized in the image is on the trajectory of the robot arm, aninterval point was calculated for robot arm to escape from the obstacle or toreach the target.The motion of the robot arm was simulated in 3-dimension in computer afterthe object recognized and the joint angles of the robot arm was calculated. Atthe end of the simulation, time dependence of angle, velocity and accelerationgraphs of joints of the robot arm have been drawn.The inverse kinematics calculations, trajectory planning and relation betweenpixel and distance and 3- dimensional simulation were realized using ?Delphi 7?programming language. Image processing and object recognizing were realizedusing ?MATLAB R2006a? and the results of calculations were transferred tothe program written in ?Delphi 7?.