Robot manipülatörlerin performanslarına yönelik kontrol uygulamaları

Abstract

Robot manipülatörler, endüstriyel süreçlerdeki çeşitli temel görevlerin (malzeme taşıma, montaj, kaynak, makine besleme vb.) gerçekleştirilmesinde yaygın olarak kullanılmaktadır. İnsanlar tarafından gerçekleştirilen bu zorlu, zaman alıcı ve periyodik görevler, robot manipülatörler sayesinde hızlı ve verimli bir şekilde gerçekleştirilmektedir. Bu tip görevler genellikle yüksek hassasiyet kabiliyeti gerektirdiği için robot manipülatörlerin kontrolü çok önemli bir konu haline gelmektedir. Robot manipülatörlerin kontrolünde, bir noktadan bir noktaya en hızlı ve güvenilir bir şekilde robot manipülatörün ulaşması yani gerekli yörüngenin takibi amaçlanmaktadır. Bu tez çalışmasında iki linke sahip düzlemsel bir robot manipülatörün yörünge izleme kontrolü kayan kipli kontrol ve PID kontrol metotları kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Önerilen sistem için yeni bir modelleme tekniği ve kontrolcü tasarımı MSC Adams ve MATLAB yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. MSC Adams yazılımı üzerinde sanal bir prototip kurularak manipülatörün sayısal modeli elde edilmiştir. Ayrıca, oluşturulan sanal prototipin doğruluğunu kontrol etmek amacıyla manipülatöre ait ters kinematik denklemler Matlab/Simulink yazılımı kullanılarak oluşturulmuştur. Manipülatörün kontrolü için gerekli kontrolcü tasarımları yine MATLAB/Simulink ortamında oluşturulmuştur. Daha sonra, belirtilen yazılımların eşzamanlı olarak çalıştırılmasıyla, sistem için önerilen kontrolcülerin etkisi sanal prototip üzerinde gözlenmiş ve kontrolcü performansları irdelenmiştir. Uluslararası hata kriterleri (ITAE, ISE ve IAE) hesaplamaları ve sonuç grafikleriyle önerilen kontrolcülerin performansları göreceli bir şekilde karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre, kayan kipli kontrol yönteminin PID yöntemine alternatif olarak kontrol uygulamalarında kullanılabilir olduğu görülmüştür.

Robot manipulators are widely used in the realization of various basic tasks (material handling, assembly, welding, machine loading, etc.) in industrial processes. These challenging, time-consuming, and periodical tasks performed by people are carried out quickly and efficiently thanks to robotic manipulators. Because such tasks often require high precision capability, the control of the robotic manipulators becomes a very important issue. In the control of the robot manipulators, it is aimed to follow the trajectory needed to reach the robot manipulator in the fastest and most reliable way from one point to another. In this thesis, trajectory tracking control of a two-link planar robot manipulator is performed by using sliding mode control and PID methods. A novel modelling technique and controller design for the proposed system is carried out by using MSC Adams and MATLAB software, respectively. A virtual prototype of the system has been built on MSC Adams software to obtain the numerical model. Also, the inverse kinematic equations of the manipulator to compare and verify the virtual prototype and designing of its controller are performed by using MATLAB/Simulink software. The system is simultaneously simulated in both MSC Adams and Matlab software which is called co-simulation in order to check the performances of the presented controllers. Additionally, the controller performances are relatively compared and shown with graphics and numerical results in terms of international error standards such as ITAE, IAE and ISE. According to the results, it is seen that the sliding mode control method can be used as an alternative to the PID method in control applications.