Elastik Tendonlarla Sürülen Robot Manipülatörler için Model Tabanlı Denetleyiciler Geliştirilmesi: Teori ve Uygulamalar

Abstract

Proje kapsamında elastik tendonlarla sürülen robot manipülatörler için model tabanlı kontrol algoritmaları tasarlanması ve tasarlanan denetleyicilerin, hem simulatif hemde proje kapsamında geliştirilen esnek tendönlar aracılı?gı ile sürülebilen birden fazla serbestlik derecesine sahip robotik bir mekanizma üzerinde deneysel olarak uygulanarak sınanmıştır. Günümüz teknolojisi, bir çok alanda daha ha?f, daha az yer kaplayan, çok yönlü olarak kullanılabilir, yüksek işlevsel robotik manipülatörlere ihtiyaç duymaktadır. Bu ihtiyacı karşılayabilmek için robot manipülatörler teknolojisinde, özellikle robotun kollarına güç aktaran mekanizmalarda daha az enerji kullanan ve daha esnek yapılar gerektirmektedir. Yüksek dişli oranlarına sahip motorsürücü mekanizmaları istenilen bu kriterleri karşılamakdan uzak, direk kollara takılan güç aktarım mekanizmaları ise, (günümüz teknolojisi ile) yükce a?gır ve yetersiz kalmaktadır. Alternatif teknoloji olarak tendon mekanizmaları düşünülebilir. Tendonlarla sürülen robotik manipülatörlerde, eyleyiciler; tendon olarak kullanılan ipler sayesinde, robotik mekanizmanın uza?gına eklenebilir, böylece eyleyicilerin a?gırlılarının robotun iş yapan bölümünün eylemsizli?gine etkisi azaltılmış olur. Buna ek olarak tendonlarla sürülen mekanizmalarda sürtünme sorunları, di?ger mekanizmalara göre daha az, nerede ise geri tepmesiz, ve çok daha ha?ftirler. Dolayısıyla etkin şekilde kontrol edilebildikleri durumlarda; robotik manipülatörlerin performanslarını arttırabilecekleri aşıkardır. Ancak bu mekanizmalar için kontrol problemi di?ger mekanizmalara göre çok daha zordur. Tendonlarla sürülen sistemlerin dinamik denklemleri, eklem, eyleyici ve tendon dinamiklerini içerdiği için en az 3 kat daha fazla terim içerir. Genel robot manipülatör dinami?ginde sadece eklem sayısının 2 katı kadar (eklem konum ve hızlarının ölçümü için) sensöre ihtiyaç duyulurken tendonlarla sürülen mekanizmlar için (her eklem için bir çift tendon kullanıldı?gı varsayıldı?gında dahi) bunun 3 katı sensöre (eklem konum ve hızları + motor konum ve hızlar + tendon tansiyon sensörleri) ihtiyaç duyulur. Robotikların tendonlar vasıtasi ile sürülmesi yeni bir yaklaşım de?gildir. Özellikle robot ellerde sıklıkla kullanılan tendonlar kısa tutulduklarında iyi sonuçlar vermektedirler. Ancak robotik parmaklsrın dışındaki uygulamalarda, özellikle yük altında tendonlü mekanizmalar, esnemelerdendolayı, bütünleşiksisteme ektra bilinmezlikler eklemekte, konvansiyonel P, PI ve PID tipi denetleyiciler ancakyüksek hatailetakip sa?glıyabilmektedir. Yükseknon-lineeriteiçerentendonesnemelerininlineerdenetleyicilerle degiderilebilmesi pekmümküngözükmemektedir.Denetleyici performansının tendon esnemeleri ile direk ilintili olması kullanılan kontrol algoritmasının tendon esnemelerinin de ölçümüne ihtiyaç duymasını gerektirmektedir. Kullanılacak her ek algılayıcının maliyet arttıracağı göz önüne alındı?gında tam model tabanlı nonlineer yaklaşımların özenle tasarlanmaması durumunda ekonomik olamayaca?gı aşıkardır. Projemizin kapsamında elastık tendonlarla sürülen robotik manipülatörler için model tabanlı, sistem de?gişkenleri bazında de?gişik seviyelerde yüksek performanslı denetleyiciler tasarlanmış, tasaralanan denetleyiciler hem numerik hemde deneysel olarak test edilmiş ve kullanılabilirlikleri tartışılmıştır.