Altı serbestlik dereceli bir seri robotun tasarımı, üretimi ve uzaktan insan eli hareketleri ile kontrolü
Design, manifacturing and remote control of a 6-dof serial robot with human-hand motions
Yazar: ZEHRANUR YILMAZ
Danışman: PROF. DR. ZAFER BİNGÜL
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering
Dizin: Doğrusal olmayan dinamik = Nonlinear dynamics ; Eklem yörünge = Joint trajectory ; Endüstriyel robotlar = Industrial robots ; Gerçek zamanlı kinematik = Real time kinematic ; Oransal kontrol = Proportional control ; Ters kinematik = Inverse kinematics

Özet:
Bu tezin amacı, öğrencilerin robot laboratuvarlarında gerçek zamanlı yörünge kontrolü ve insan-robot arayüzü uygulamaları yapabilecekleri, kolay erişilebilir bir robot platformu oluşturmaktır. Bu çalışmanın gerçekleştirilmesindeki bir diğer hedef ise, insan için tehlikeli olabilecek ortam ve koşullarda (radyoaktif ortamlar, kimyasal tepkimelerin gerçekleştiği alanlar vs.) çalışabilecek ve insan eli hareketleriyle uzaktan kontrol edilebilecek insan-robot arayüzüne sahip bir robotun geliştirilmesidir. Bu doğrultuda ZORO olarak isimlendirilen altı serbestlik dereceli bir seri manipülatörün mekatronik tasarımı, üretimi ve kontrolü gerçekleştirilmiştir.
Tez çalışmalarında ilk olarak robotun mekanik ve elektrik-elektronik tasarımları yapılmış ve bu tasarım doğrultusunda prototip üretimi gerçekleştirilmiştir. Robotun kinematik ve dinamik modelleri geliştirilerek MATLAB programında simulasyonu yapılmıştır. Beşinci dereceden polinom kullanılarak yörünge fonksiyonu oluşturulmuş ve bu yörüngenin takip edilmesi için PID tabanlı kontrolör geliştirilerek simulasyon ortamında sistemin çalışması incelenmiştir.
Robotun insan eliyle uzaktan kontrolünün sağlanması için Leap Motion kullanılarak bir insan-robot arayüzü(HRI) geliştirilmiştir. Bu arayüz oluşturulurken sensör için oluşturulmuş MATLAB kütüphanesi kullanılarak elden alınan verilerin bu platforma aktarılması sağlanmıştır. Daha sonra bu veriler robotun çalışma uzayıyla eşleştirilişmiş ve çevrimiçi olarak çizdirilmesi sağlanmıştır.
Geliştirilen ileri kinematik ve ters kinematik algoritmaları gerçek zamanlı olarak prototip üzerinde çalıştırılmıştır. Bu çalışmalardan sonra geliştirilen HRI kullanılarak ZORO'nun insan elinin yaptığı hareketleri takip etmesi sağlanmıştır. Gerçek zamanlı çalışmalarda oluşturulan yörünge fonksiyonu kullanılarak robotun hareketleri yumuşatılmıştır. Bu çalışmalar sonucu elde edilen veriler sunulmuştur.

Anahtar Kelimeler: Gerçek Zamanlı Kontrol, İnsan-Robot Arayüzü, Kinematik Analiz, Robot Dinamik Analizi, Seri Robot Tasarımı

Abstract:
The aim of this thesis is to create an easily accessible robot platform where students can perform real-time trajectory control and human-robot interface applications in robotics laboratories. Another goal of this study is to develop a robot that can work in environments and conditions that may be dangerous for humans, can be remotely controlled. Therefore, mechatronic design, production and control of a 6-DOF serial manipulator called ZORO has been carried out.
Firstly, mechatronic design of the robot was made. A prototype was produced. Kinematic and dynamic models of the robot were developed and simulated. A trajectory function was created and simulation of robot was examined by developing a PID-based controller while tracking given trajectory.
A human-robot interface has been developed to enable remote control of the robot by human-hand motions. While creating this interface, the MATLAB library created for the sensor was used to transfer the data received from hand motions to this platform. Then, these data were matched with the robot's workspace and plotted online.
The developed forward and inverse kinematics algorithms run on the prototype in real time. Then, real-time hand motion tracking applications were tested by using the developed HRI. The motion of ZORO was smoothed by using the trajectory function created in real-time studies. The data obtained from real-time studies were presented.

Keywords: Real-Time Control, Human-Robot Interface, Kinematic Analysis, Robot Dynamics, Serial Robot Design