6 serbestlik dereceli seri robot kolunun ters kinematik analizi için hızlı algoritma geliştirilmesi ve uygulaması
Design and application of a fast inverse kinematics algorithm for 6 DOF open chain serial robots
Yazar: OKAN DUYMAZLAR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ DİLŞAD ENGİN
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering
Dizin: Doğrusal olmayan optimizasyon = Non-linear optimization ; Endüstriyel robotlar = Industrial robots ; Parçacık sürü optimizasyonu = Particle swarm optimization ; Ters kinematik = Inverse kinematics

Özet:
Robotik alanının başlıca araştırma konularından olan ters kinematik, matematiksel olarak ifade edildiğinde, girdileri robotun uç noktasına ait pozisyon ve oryantasyon vektörleri, çıktıları ise robot eklem açıları olan doğrusal olmayan bir fonksiyon olarak tanımlanabilir.
Bu tez çalışmasında, endüstride yaygın olarak kullanılan tamamı dönel eklemli 6 serbestlik dereceli robot kollar için esneklik, uygulanabilirlik, doğruluk ve hesaplama süresi kriterleri ile değerlendirildiğinde başarımı yüksek olan ve analitik yaklaşımların konfigürasyon bağımlı yapıları ile tekillik durumları karşısındaki dezavantajını iyileştiren ters kinematik algoritmaları tasarlanmış ve ABB IRB120 robot kolu üzerinde uygulaması gerçekleştirilmiştir.
Geliştirilen algoritmalar çalışma yapıları sebebiyle Boomerang algoritmaları olarak adlandırılmışlardır. Boomerang algoritmaları parçacık sürü optimizasyonu tabanlı BoomerangPSO ve Newton-Raphson ile sezgisel yöntem melezi BoomerangNR adlı iki bağımsız algoritmadan oluşmaktadır.
Oluşturulan algoritmalar aynı pozisyon ve oryantasyon girdileri kullanılarak, yapay sinir ağları (YSA), parçacık sürü optimizasyonu (PSO), karınca aslanı optimizasyonu algoritması (ALO) ve Newton-Raphson yöntemleriyle kıyaslanmıştır. Algoritmaların matematiksel modelinin kurulması, kodlanması ve test aşamalarında MATLAB yazılımı kullanılmıştır.
Tasarlanan algoritmalar ABB IRB120 ve PUMA 560 robot kolları için simülasyon ortamında, fiziksel olarak ise IRB120 robot kolu üzerinde uygulanarak doğrulanmış ve ABB IRB120 robot kolu istenen pozisyonlara başarıyla ulaştırılmıştır.

Abstract:
In context of mathematic, inverse kinematics, which is one of the main research topics of the field of robotics, can be defined as a nonlinear function whose outputs are robot joint angles, while inputs are position and orientation vectors of the robot's end-effector.
In this thesis, inverse kinematic algorithms for 6 DOF robots, which are widely used in the industry, have been designed and named as Boomerang algorithms. Designed algorithms have high performance in terms of flexibility, accuracy, applicability and calculation time criteria. Also, designed algorithms give an improvement of the disadvantages of analytical solutions in singularity situations and configuration dependency.
The algorithms are called as Boomerang algorithms due to their working structure. Boomerang algorithms consist of two independent algorithms called BoomerangPSO and BoomerangNR respectively, based on multi-variable particle swarm optimization and numerical-heuristic hybrid method.
Boomerang algorithms were compared with Artificial Neural Networks (ANN), Particle Swarm Optimization (PSO), Ant Lion Optimization algorithm (ALO) and Newton-Raphson methods, using the same position and orientation inputs. MATLAB software was used for mathematical modelling, coding and tests.
The outputs of designed algorithms have been validated in the simulation environment for ABB IRB120 and PUMA 560 robots and also physically tested on the ABB IRB120 robot arm.