İşbirlikçi bir robotun arı algoritması kullanarak optimum empedans kontrolü

Abstract

Bu çalışmada, 7 serbestlik dereceli Kuka LBR iiwa 14 R820 serisi işbirlikçi robotun optimum empedans kontrolcü tasarımı yapılmıştır. İlk olarak robot kolun D-H parametreleri belirlenmiş bu parametreler yardımı ile ileri ve ters kinematik analizi ve sayısal hesaplamaları yapılmıştır. Matematiksel modelin elde edilmesinden sonra sistemin katı modeli MATLAB programına aktarılmıştır. Empedans ve PID kontrolcü MATLAB/Simulink programında tasarlanmıştır. Son olarak Arı Algoritması kullanılarak tasarımı yapılan kontrolcünün optimizasyonu yapılmıştır. Optimize edilen kontrolcünün çalışma performansı; dışarıdan kuvvet uygulanmadan robot kolun istenilen yörüngeyi takip etmesi, hareketsiz duran robota üç eksende kuvvet uygulanması, hareket halindeki robot kola dışarıdan kuvvet uygulanması, hareket halinde iken robotun düz bir engelle karşılaşması ve hareket halinde iken robotun eğik bir engelle karşılaşması olmak üzere beş farklı senaryoda incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar grafiklerle sunulmuştur. Geliştirilen metodun etkinliği sayısal uygulamalarla gösterilmiştir. Bu kapsamda robotun çalışmasını denetleyen optimize edilmiş kontrolcünün çok düşük hata değerleri ile sonuçlar verdiği gözlemlenmiştir. Beş farklı senaryoda da robot kol, az miktarda aşmalar ile salınım yapmadan ve kalıcı durum hatası oluşmadan, hareketsiz durduğu durumlar için başlangıç konumuna başarılı bir şekilde tekrar gelmiş ve hareket halindeki durumlar için ise kendisinden istenilen yörüngeleri başarılı bir şekilde tamamlayabilmiştir.

In this study, the optimum impedance controller of the Kuka LBR iiwa 14 R820 series collaborative robot with 7 degrees of freedom is designed. First, the D-H parameters of the robot arm are determined and with the help of these parameters, forward and inverse kinematics analysis and numerical calculations are made. After obtaining the mathematical model, the solid model of the system is transferred to the MATLAB program. Impedance and PID controller are designed in MATLAB/Simulink program. Finally, the controller designed using the Bees Algorithm is optimized. The operating performance of the optimized controller is examined in five different scenarios which are following the desired trajectory of the robot arm without external force, applying force in three axes to the robot standing still, applying external force to the robot arm in motion, robot encountering a straight obstacle while in motion, and robot encounters an inclined obstacle while in motion. The obtained results are presented with graphics. The effectiveness of the developed method is demonstrated by numerical applications. In this context, it has been observed that the optimized controller controlling the operation of the robot gives results with very low error values. In five different scenarios, the robot arm successfully has returned to the starting position for the situations where it is stationary and has been able to successfully complete the desired trajectories for the situations in motion, without oscillating with little overshoots and without any steady-state error.