Theses supervised by Prof. Dr. Erol Uyar
18 theses · Dokuz Eylül University
Auditory motivated discrete time frequency signal representation and its application to vowel classification
In this thesis the Auditory Motivated Discrete Time Frequency Signal Representation method is presented. The method is simple and independent from the window function, which affect the obtained time frequency resolution in classical methods. The numerical simulations with different SNR values show that the proposed method is applicable for time frequency signal analysis. The proposed method is applied to the speech vowel signals and similar spectral shapes are obtained from the same vowel signals independent from the speakers, which is good evidence for existing similar spectral shapes inside the same vowels. The vowel classification based on vowel patterns extracted from spectral peaks distribution is performed in order to test the existence of the similar spectral shapes, and the obtained results show that the proposed method can be used to extract additional vowel patterns in speech recognition applications to improve the speech recognition performance.
Modeling and control of raw emissions of a diesel engine under practical conditions
A real-time capable in-cylinder pressure based diesel engine-out PM estimator has been developed. Using the ECU signals and in-cylinder pressure data new variables have been derived and used as inputs for an exponential zero dimensional modeling approach. This approach required little computational effort making the ECU capable of cycle based PM emissions calculation, significantly faster than in real-time. Along with the PM estimator an accurate NOx emissions model has been utilized in a MIMO feedback controller motivated by the gain scheduling concept. Two types of experimental passenger car DI diesel engines, equipped with in-cylinder pressure sensors have been used. Measurements have been taken during steady state and transient operation on engine test benches for development work. Implementation of the emission models and the controller has been done on a test vehicle and tests were carried out on the test track and vehicle test bench. Good correlation between the estimated and measured PM has been achieved for various experiments, not only at steady state operation but also for transient states. Particularly, the model delivers good qualitative results in general, as well as good quantitative results in some regions. PM emission gradients between operating points are represented successfully. The raw emissions controller ? despite further need for optimization ? has been successful in controlling PM and NOx emissions simultaneously over EGR and pilot injection quantity. Gain scheduling has eliminated the need for an inverse combustion model. EGR and injector actuators were manipulated in a cascaded controller structure where the designed PI controllers altered reference values of the actual EGR and pilot injection quantity controllers that were already present in the system.
3 serbestlik dereceli robot kolunun pozisyon kontrolü
Robot, direkt insan kontrolünde çalışabildiği gibi programlanabilen verilen görevleri yerine getirebilen elektronik aksamlı mekanik bir cihazdır. Robotlar günümüzde genellikle endüstriyel üretim yapan alanlarda kullanılır. Bu tezde üretim bandından geçen ürünlerin robot kolu tarafından otomatik olarak tasnif edilmesi amaçlanmıştır. Anahtar Kelimeler: İleri kinematik, servo motor, arduino, mikro-denetleyici
Beş eksenli CNC tezgah tasarımı ve kontrolü
İlerleyen CNC teknolojisiyle, beş eksenli CNC tezgahları kullanım alanları genişlemekte ve her geçen gün çok eksenli kompleks yapılı takım tezgahları üretilmektedir. Beş eksenli CNC tezgahı, birbirlerine dik üç eksenin(X, Y, Z) ve iki dönme ekseninin aynı anda hareket edebildiği işleme merkezleridir. Beş eksenli CNC tezgahlarıyla üç boyutlu serbest yüzeylerin işlemi gerçekleştirilmektedir.Bu tez çalışmasında, üniversitenin bünyesinde bulunan ve çalışmayan üç eksenli CNC tezgahı, iki döner eksenli tabla tasarlanıp üretilerek beş eksenli CNC tezgah haline dönüştürülmüştür. Tezgah üzerinde beş fazlı step motorlar bulunmaktadır. Bu motorları ve bir döner eksene alınan dört fazlı step motor için beş fazlı ve dört fazlı step motor sürücüsü tasarımı yapılıp üretilmiştir. CNC tezgah kontrolü için Linux tabanlı EMC( Geliştirilmiş Makine Kontrolörü) kullanılmıştır. EMC içersinde yazılan G kodlar sayesinde iş parçalarını işlemek mümkün hale getirilip aynı anda 5 eksen çalıştırılmıştır.
Modelling and investigation of bipedal human walking system
In this thesis, bipedal human walking is investigated and its characteristics is explained for modelling and calculating the mechanics of bipedal walking. Firstly phases of walking, then anatomical and mechanical meanings of walking are mentioned to explain principles of bipedal walking. With using Denavit-Hertenberg Homogeneous Transformation Matrices, the mechanics of a human leg and bipedal walking is calculated. This is important for modelling bipedal walking and important to walk amputees as an healthy person again. The types of amputation and solutions of them like prosthesis are mentioned in this thesis. Historical development of the prosthesis is explained also. To understand how these prosthesis works, parts of a prosthetic leg is examined. Classification of prosthetic knees and an example from these prosthetic knee types are explained and described how to control these type of knees. Controlling principles and electronic control program are mentioned in this thesis, and also an electronic control unit is designed.
Modelling and application of a bipedal mechanism
Bipedal walking is considered as one of the most important movements of human-being with full of synchronized relative motions of limbs, joints and muscles of both right and left legs with respect to each other, in changing walking velocities. Bipedal walking system is not only composed of dynamic mechanisms but it is also considered as a combination of these mechanisms with various control, sensory and actuator systems. In this work, basic definitions about bipedal walking are given and based on these definitions, mathematical model of a bipedal walker in sagittal plane is derived. After the solutions for the system dynamics are obtained, model based control of the ankle and hip joint trajectories are achieved by using feed forward compensation methodology and simulation results are carried out. Bipedal walking researches are not limited only with the two-legged walking robots and models. Walking aid devices are also related with these studies. For this reason a walking aid device which is an artificial hybrid leg having a polycentric knee joint is designed in this study. Polycentric knee joint considered here is a four bar mechanism. Theoretical background of the artificial leg model, including kinematic and dynamic analyses of the leg is explained and then an experimental setup is built. Two different trajectory control structures which are the point to point position control and the feed-forward compensation with disturbance rejection strategy are developed and experienced on the experimental setup. Results which show the performance of the control strategies are given at the end of the study
Indoor navigation control of a mobile autonomous vehicle
In this thesis, a novel approach for navigation and guidance of a duo cycle autonomous robot vehicle control by using wireless control with ZigBee Modules is presented. For navigation the angular position and location of the vehicle is measured intermittent by means of an electronic compass sensor and a linear position encoder. Both measured values are then compared with microcontroller and PC with the reference points of a certain trajectory, so that a given path can be followed by the vehicle autonomously. In order to control and simulate the vehicle movements a computer program has been developed in Visual Basic programming language. Besides navigation a self developed algorithm is integrated to the system control for possible obstacle avoidance and optimal path finding. The results of experimental testing showed the effectiveness of the proposed approach.
EMG (elektromiyografi) kontrollü protez kol tasarımı
Elekromiyografi (EMG) kasların kasılmasını sağlayan elektriksel aktivitenin izlendiği ve yorumlandığı bir kas inceleme tekniğidir. Tıbbi uygulamalarda, kasların ürettiği sinyallerin özellikleri, kas ya da sinirsel fonksiyonlardaki bozuklukların teşhisinde kullanılır. Mühendislik uygulamalarında ise, bu sinyaller elektrik ve mekanik sistemlere giriş olarak verilir. Öyle ki, çeşitli mühendislik prensiplerine dayanarak, sistem girdisi ne kadar küçük olursa olsun oldukça büyük bir sistem kazancıyla yüksek çıkışlar elde etmek mümkündür.Bu proje besleme devresi, EMG sinyal işleme ve motor kontrol devresi ile protez el mekanizması olmak üzere üç ana bölümden oluşur. EMG sinyal işleme aşamasında bir fark yükseltici, bant geçiren filtre ve sinyal doğrultucu kullanılır. Koldan elektrotlarla alınan EMG sinyalleri fark yükseltici ile belirli bir kazanç oranında yükseltilerek bant geçiren filtreden yine belli bir kazanç oranında tekrar yükseltilip geçirilir. Bant geçiren filtre ile elektronik devre elemanlarından, kol hareketinden ya da çeşitli çevresel etkilerden kaynaklanan gürültü büyük oranda yok edilir. Elde edilen analog sinyaller doğrultularak işlemcinin ADC ucuna verilir ve gerekli işlemler yaptırılarak step motorlar ile hareket sağlanır.
Ayak bileği protezi tasarımı ve kontrolü
Bu tez çalışmasında, diz altında meydana gelen uzuv kayıplarını tamamlamaya yönelik ayak uzvu ve bilek ekleminden oluşan bir protez tasarlanmıştır. Proteze akıllı niteliği kazandırılması, dış verileri algılayan ve hareketini ona göre kendisi kontrol eden bir sistem kurulmasıyla sağlanmıştır.
Design and vision based control of a mobile manipulator
An autonomous mobile manipulator, a wheeled mobile platform carrying a manipulator arm, with a vision based target acquisition system can be able not only to find and maintain fixation on a moving target but also to manipulate or handle it while the system itself is in motion.In this context, a mobile manipulator is designed and constructed with its subsystems: electromechanical, electronics and computer parts. Resultant robotic system consists of differentially driven mobile platform and a planar manipulator with servo controllers and measurement circuits. A calibrated stereo rig is mounted on mobile platform. This vision system is to obtain task space feedback for mobile manipulator control. A computer is integrated to overall setup as a controller which exploits vision system data.Using vision based control methodology, two different control types for mobile platform and manipulator are applied. Mobile platform is controlled with a hybrid visual servo controller. To control instantaneous linear velocity of mobile platform, a position based visual servo algorithm is developed and angular velocity, it pivots, is controlled with image based visual servo control law. Manipulator motion is controlled via dynamic look and move control strategy, in which actuator references updated instantaneously according to acquired target position.Control of the mobile manipulator, first, is done by task sequencing. A task is separated in to two parts: Mobile platform moves till target is placed in manipulator workspace and in proper orientation that gripper (tracking) can hold, afterwards manipulator moves to hold target (handling).The second control strategy developed is focused on redundancy of mobile manipulator and its motion controlled via moving manipulator and mobile platform simultaneously
Design and control of a lowerknee prosthesis
In this thesis, transfemoral amputations and prosthetic knees evolved for transfemoral amputations are investigated and the electronic control unit of prosthetic knees is designed. The first stages of this work contain information about human walking in medical meaning and bipedal walking. Then, definition of transfemoral amputations, leg biomechanics when walking and phases of walking is discussed. After that, prosthetic knee design for transfemoral amputations is mentioned and prosthetic knees developed by worldwide companies are investigated and discussed in details. At the last stage, electronic control unit is designed and produced for prosthesis used by above knee amputees.
Görüntü işleme ile 3-boyutlu nesne tarama ve modelleme
Gerçek dünyaya ait olan bir nesnenin yüzeyinden, üç boyutlu şekil bilgisini elde etmek amacıyla lazerle geçilmesi işlemine lazer taraması adı verilmektedir. Tıp alanında hastaların ölçülerinin alınması, fabrikalarda seri üretim bandındaki nesnelerin yüzeylerindeki hataların bulunması, hareketli robotların çevrelerindeki yüzeyleri algılaması gibi bir çok alanda, lazer taraması yöntemi kullanılmaktadır.Lazer taraması yöntemiyle farklı endüstrilerin gereksinimleri karşılamak için, farklı yüzey tarayıcı donanım ve yazılım ürünleri bulunmaktadır. Ancak, bu ürünlerden bazıları, kendi belirledikleri amaç doğrultusunda tasarlandıkları için, her türlü yüzey tarama görevini üstlenememektedirler. Örneğin, seri üretim bandındaki ürünlerin şekil hatalarını yakalaması için tasarlanmış bir üç boyutlu lazerli tarayıcı, sadece o iş için tasarlanmış olabilir ve bir hastanede hastaların ölçülerini almak için ya da bir robotun çevresini algılaması için kullanılamayabilir.Bu tez, lazer üçgenlemesi ("Laser Triangulation") yöntemiyle yüzey tarama konusunda yapılan bir çalışmayı sunmaktadır. Bu uygulamada, dikey bir lazer ışın demeti ile aydınlatılan yüzeyin görüntüleri, kamera aracılığıyla bilgisayara aktarılarak, tez çalışması sırasında yazılmış olan "YakarTarar" adlı bir yazılım tarafından işlenmektedir. Bu görüntülerin işlenmesi sonucunda, taranan yüzeyin üç boyutlu sayısal modeli bilgisayara kaydedilmektedir.YakarTarar yazılımının amacı, hem farklı endüstrilerde yüzey tarama gereksinimlerini aynı anda karşılayabilen, hem de bu iş için gereken maliyeti düşük tutan bir yazılım paketi olmaktır.
SCARA robot manipulatör ile seçme ve yerleştirme uygulaması
Bu çalışmada, bir SCARA (Selectively Compliant Articulated Robot for Assembly) Robot Manipulatör'ün konum kontrolü üzerine çalışılmıştır. Robotun konum kontrolünün gerçekleştirilebilmesi için, ileri ve ters kinematik problemleri çözülmüş, jakobiyen ve transformasyon matrisleri hesaplanmıştır. Pnömatik kısımların (silindir, tutucu) çalıştırılabilmesi için uygun valfler seçilmiş, bu valflerin tetiklenmesi için devreler imal edilmiştir. Motorların tahriki için sürücü devreler imal edilmiştir. Geri besleme elemanları (potansiyometreler), motor sürücü devreleri ve valf tetik devreleri ile Visual Studio ile yazılan kontrol programı arasında iletişimi sağlayacak uygun veri toplama kartı seçilmiştir. Yazılan kontrol programında elde edilen konum ve açı değerlerini doğrulamak için SolidWorks programında robotun birebir modeli yapılmıştır. Sonuçların uyumlu olduğu gözlemlenmiştir.
Kameralı görüntü alanı içinde hareket kontrolü
Bu tez çalışmasında, belirli bir yüksekliğe sabitlenmiş web kamerası yardımıyla alınan geri besleme bilgileri, kontrolcü bilgisayar tarafından yönetilen, bluetooth kablosuz iletişim protokolü ile bağlı ?Lego Mindstorms NXT? ile hazırlanmış mobil araçların kontrolünde kullanılmıştır.Mobil araçların tanımlamasında tek renkten oluşan üç parçalı renk etiketleri kullanılmıştır. Renk etiketleri kabarcık analizi yöntemi ile araçların konumlarını ve doğrultularını hesaplamakta kullanılmıştır.Birden fazla mobil aracın birbirlerine ve tanımlanan engellere (gerçek ya da sanal) çarpmadan, kullanıcı tarafından verilen konumlara en uygun yoldan gitmek için A* yol bulma algoritması kullanılmıştır. Mobil araçların yollarının kesişmesi durumunda önceliği olan araca diğer araç yol vermektedir.Proje kapsamında bulunan yazılım ve arayüzü Windows işletim sistemi ve .NET çerçevesi üzerine C# programlama dili kullanarak hazırlanmıştır.
Design and control of a pneumatic transport system
In this thesis, hovercrafts, the most common pneumatic transport systems and their controls are investigated.To success in hovercraft design critical points are thrust and lift systems. It can be difficult to correct errors after the craft has been completed. So the aim of this work was to develop a method of predicting the performance of a hovercraft. The relationships between lift and thrust, blade angle, engine speed, fan pressure are investigated. At the last stage, a model of hovercraft, controlled by a remote control, was designed and built according to calculations. Results are rechecked on hovercraft model.
Design and motion control of an industrial robot manipulator
The aim of this thesis is to study the robot control techniques on 5 degrees of robotmanipulator model, examining the control architectures of industrial robot manipulators.First the kinematic structures of robot manipulators are studied, and then the theories ofkinematic analysis and trajectory planning are applied on the 5 degrees of robotmanipulator model. Based on these theories a pc program is written in Visual Basicallowing the user to program and control the robot model virtually and watch theanimation. Control architecture is constructed referenced to the industrial robotmanipulator control architectures.Motor driver cards are designed and a teach pendant is constructed fort he control andprogram it based on the teaching-by-showing technique.
Vehicle guidance by using GPS aided Kalman filter
In this thesis, a novel approach that integrates global positioning systems (GPS) and Kalman filtering is presented. In order for a mobile robot to localize and navigate itself, a novel measurement process is developed which makes use of two low-cost GPS units. Using these ordinary, low-cost GPS receivers, a completely differential GPS-like system is achieved algorithmically in the absence of real DGPS service. One of these units is placed on an accurately surveyed geographical point and it is taken as a reference station for the other mobile unit. They are presumed to see the same satellites, hence the adoption of same measurement noise characteristics is considered to be appropriate. After the measurements are differentially corrected, a discrete Kalman filter algorithm is adopted to estimate optimally the position of a robot vehicle in order to navigate itself autonomously. The noise sequences of the Kalman filter are accepted as zero mean white Gaussian, and different filter performances are obtained by adjusting the parameters of the filter. In addition, trajectory estimation of the vehicle is realized using Kalman filter technique. Therefore, mapping of a specific geographical field in latitude and longitude is obtained. The results of the experimental testing of the DGPS algorithm and Kalman filtering show the effectiveness of the proposed approach.
Character and object recognition by using image and sound fusion
In this thesis, a novel approach that integrates image and sound recognition tasks is presented. Human brain is too complex to be analyzed. But some of the main learning tasks in the brain can be simulated. The learning processes in the brain cannot be considered in the absence of sound or image. Both image and sound plays very important role in the learning processes. Therefore in this thesis the new algorithms that integrate the sound and image recognition tasks are tried in order to become closer to the operation of the human brain. The algorithm takes the sound and image input simultaneously, and extracts the meaningful features and then integrates them as a new knowledge in the data field. After the new knowledge is saved then the new image or sound inputs corresponding to the same knowledge are used to teach the algorithm. The user takes role as a teacher in the algorithm. The experimental results show that the proposed approach is applicable on the learning processes.