Robotics
66 theses under this subject heading
Robotik sistemlerde görüntü işleme tabanlı nesne tanıma için akıllı ortam aydınlatması
Görüntü işleme tabanlı uygulamalarda ortam aydınlatması, nesnelerin doğru tespit edilmesi ve enerji kullanımı açısından önemli bir husustur. Klasik yöntemlerde ortam aydınlatması ışık kaynağı sürekli açık tutularak, ihtiyaca göre elle açılıp kapatılarak, zamanlayıcı kullanarak veya çeşitli sensörler yardımıyla aydınlık düzeyi ölçülerek otomatik olarak yapılmaktadır. Bu tez çalışmasında, robotik elleçleme uygulamalarına yönelik nesne tespiti ve pozisyon belirlenmesi amacıyla görüntü işlemeye dayalı referans-renk-tabanlı akıllı ortam aydınlatması yapan bir gömülü sistem tasarımı yapılmış ve performansı incelenmiştir. Sistemde asgari aydınlık düzeyinin elde edilmesi için harici bir sensöre ihtiyaç duyulmadan pozisyonları daha önceden belirlenmiş kırmızı, yeşil, mavi ve sarı renkli nesneler referans alınarak aydınlatma sisteminin gücü ayarlanmaktadır. Tasarlanan sistemde görüntü işleme, aydınlatma ve 3-eksen elleçleme işlemleri için Raspberry Pi 4B mini bilgisayar ve GRBL yazılım yüklü Arduino CNC shield kartı kullanılmıştır. Görüntü alma işlemi Raspberry Pi kamera modülü üzerinden, nesnelerin elleçlenmesi ise bir elektromıknatıs ile yapılmıştır. Aydınlatma için PWM sinyali ile sürülen 12V DC beyaz şerit LED lamba kullanılmış ve aydınlık düzeyi oransal olarak kontrol edilerek akıllı ortam aydınlatması yapılmıştır. Sistem arayüz yazılımı Python dilinde kodlanmıştır ve görüntü işleme ile nesne tanıma ve pozisyon belirlenme için OpenCV kütüphanesi kullanılmıştır. Tasarlanan sistemin performansının incelenmesine yönelik deneysel çalışmalar kapsamında beyaz ışık ile aydınlatma yapılmış, platform zemini için yansıma yapmayan beyaz mat renkli plastik fon kullanılmış ve platform üzeri siyah örtü ile örtülmüştür. Renk tabanlı görüntü işleme ile nesne tespitinde Kırmızı, Yeşil, Mavi ve Sarı olmak üzere farklı renklere sahip referans nesneler kullanılarak gerekli olan minimum platform aydınlık düzeyi değerleri araştırılmıştır. Elde edilen deneysel sonuçlara göre; tespit işleminde renk seçimin önemli olduğu anlaşılmış ve bu renkler içerisinde en az aydınlık düzeyine ihtiyaç duyulan rengin sarı olduğu tespit edilmiştir. Sarı rengi ise sırasıyla, yeşil, kırmızı ve mavi renklerin takip ettiği görülmüştür. Tasarlanan sistemde yaklaşık 50 lx aydınlık düzeyinde renk tabanlı nesne tespitinin başarılı bir şekilde yapılabileceği ve çevresel aydınlatma durumuna bağlı olarak yaklaşık 0-225 mW arasında değişen bir güce ihtiyaç duyulduğu anlaşılmıştır. Sonuç olarak; akıllı ortam aydınlatması yapan gömülü sistemin çevresel koşullara bağlı olarak değişen enerji tasarrufu ile asgari aydınlık düzeyini sağladığı görülmüştür.
Robotik süt sağım sistemlerinde robot etkinliğinin artırılmasına ilişkin parametrelerin ve sağım değerlerinin belirlenmesi
Akıllı tarım uygulamaları tarımın diğer alanlarında olduğu gibi süt sığırcılığında da yerini almaktadır. Gruplar halinde yetiştirilen hayvanlara bireysel ilginin gösterilmesi kimliklendirme ürünleri ile hız kazanarak hayvanların beslenmesi, sağlık sorunlarının teşhisi ve takibi, kızgınlıkların tespiti, sağım ve ahır temizliği gibi birçok işlemler robotik cihaz ve ekipmanlarla yapılabilmektedir. Teknolojik ürünler içerisinde en önemli gelişme süt sağım işlemlerinin robotik sistemlerle gerçekleştirilmesi olmuştur. Temel amaç, robotik sistemlerin kullanımı ile işgücünü azaltmak, hayvan refahını artırmak ve çiftçilerin yaşam kalitesini iyileştirmektir. Gelişmiş ülkelerde 30 yıldır kullanılan süt sağım robotları Türkiye'ye yaklaşık 10 yıl önce girmiştir. Ülkemizde kısa sürede popüler olan robot sağım teknolojisi gelecekte süt sığırcılığı işletmelerinin en yaygın teknolojik gelişmesi olacaktır. Ticari patentleri alınmış robot ünitelerin tümünün ithal ve yüksek maliyetli ürünler olması yanında, bu ürünlerin yanlış ve verimsiz kullanılması çiftçilerin ekonomiside kayıplara sebep olabilmektedir. Bu çalışmanın amacı; yüksek yatırım maliyetleri ile edinilmiş robotik sağım sistemlerinin bir ticari çiftlikteki operasyonunun takip edilerek etkinliğinin arttırılmasına yönelik parametrelerin ve sağım değerlerinin belirlenmesidir. Araştırma, çiftlikteki tüm robotik sistemlerin iki yıllık, bir ahırdaki robotların dört yıllık performansları, hayvan meme hijyen skorunun robot sağımındaki işlemlere etkisi, robotik ünitede verilen kesif yem artışı ile yemlikteki karma yemin ittirilmesinin robot performansına etkileri araştırılmıştır. Dört ahırın karşılaştırıldığı iki yıllık denemelerde inek başına sağım ortalaması sürü genelinde birbirine yakın bulunmuştur (2,66; 2,70 adet/inek, gün). Çiftliğin bir ahırındaki (Ahır 3) dört yıllık deneme sonuçlarına göre, sağım başına süt verimi her yıl artmıştır (Yıllar sırasıyla 9,11; 11,70; 11,82 ve 15,25 kg/sağım, inek). Güz dönemindeki meme hijyen skoru 3 ve 4 olan hayvanlardaki iletkenlik sayıları arasındaki fark, 1 ve 2 skoruna sahip olan hayvanlara göre yüksek bulunmuştur (skor 3: %27,84; skor 4: %31,48). Kesif yem miktarı değişimi düşük verimli hayvanlarda süt verimi, sağım sıklığı ve sağım süresine etkili değilken yüksek verimli hayvanlarda olumlu etki yapmıştır. Çiftliğin mevcut yem ittirme sayısı 3 ten 6'ya çıkarıldığında süt veriminde çok az artış (%0.33) sağlanmıştır. Ancak ittirmenin 9'a çıkarılması ile süt veriminde düşüş fazla (%4,07) gerçekleşmiştir. Çok yüksek ittirme sıklığının dinlenme süreleri boyunca inekleri rahatsız ettiğini ve neticede hem inek konforunu hem de süt üretimini olumsuz etkilediğini göstermiştir.
Design and development of variable stiffness actuator for legged robot
Nowadays, the number and variety of robotic systems that live together with humans to facilitate human life are increasing day to day. In the literature, this relationship is called robot-human and robot-environment interaction. The most important situation/problem is the safety of the robot, human or environment during the interaction. In recent years, trying to solve this issue, new types of actuators are designed. One of these actuator types is passive actuators also named mechanical actuators. They offer promising results. Also they are possible to use in legged robots. Legged robots are systems designed to be used in unknown environmental conditions. Due to their working environment, legged robots interacting with the environment can cause harm to themselves and the environment. In this thesis, it is mentioned about the design of an actuator to make the mobility of legged robots versatile. The designed actuator is light, compact, cheap and fast, which provides an advantage for legged robots. Also it will be able to adjust the flexibility of the robot.
Grupla mühendislik tasarım temelli robotik uygulamalarının öğrencilerin günlük yaşama dayalı problem çözme becerileri üzerindeki etkisi
Robotik, bilgisayar, yazılım, otomasyon ve kontrol, uzay, elektrik elektronik gibi birçok disiplinin bir arada kullanılmasıyla ortaya çıkmış ortak çalışma alanıdır. Gelişen teknoloji ve eğitim politikaları hali hazırda var olan öğretim programlarını şekillendirmektedir. Robotik eğitimi öğrencilerin algoritmik düşüncesine dayanır. Öğrenciler gerçek hayattaki teknolojik sorunları daha rahat çözebilirler, öğrencilerin düşünme ve problem çözme becerileri artar. Bu çalışmanın amacı grupla yapılan mühendislik tasarım temelli robotik uygulamalarının, ortaokul öğrencilerin günlük yaşama dayalı problem çözme becerileri üzerindeki etkisini araştırmak ve ayrıca öğrencilerin bu konudaki görüşlerini incelemektir. Zengin bilgiye sahip olduğu düşünülen durumların derinlemesine incelenmesi için amaçlı örnekleme yöntemlerinden tipik durum örneklemesi tercih edilmiştir. Araştırmanın vi çalışma grubunu, 2019- 2020 eğitim-öğretim yılında Bilişim Teknolojileri dersini alan 11 kız, 32 erkek toplam 43 ortaokul öğrencileri oluşturmuştur. Araştırmada karma yöntem deseni kullanılmış olup nitel araştırma yöntemi olarak biçimlendirici değerlendirme, nicel kısmında ise zayıf deneysel desende tek gruplu öntest-sontest olarak belirlenmiştir. Nicel araştırma kısmında Pekbay (2017) tarafından geliştirilen "Günlük Yaşama Dayalı Problem Çözme Becerisi Testi" ön test ve son test olarak uygulanmıştır. Nitel araştırma kısmında, araştırmacı gözlem notları kullanılmıştır. Öğrencilerin mühendislik tasarım temelli robotik uygulamalarına karşı görüşlerini belirlemek amacı ile gönüllü 12 öğrenci ile yarı yapılandırılmış mülakat gerçekleştirilmiştir. Örneklem Wilcoxon İşaretli Sıralar Testinden yararlanılmış ve p=0,001 , p<0,05 olduğundan anlamlı fark olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Cohen's d ile etki büyüklüğü hesaplanan etki büyüklüğü değeri d=-3,62, r=0,87 olarak hesaplanmış ve grupla mühendislik tasarım temelli robotik uygulamalrının öğrencinin günlük yaşama dayalı problem çözme becerisi üzerinde büyük ölçüde etkisi olduğunu göstermektedir. Araştırmanın nitel kısmında elde edilen bulgulara göre, öğrencilerin mühendislik tasarım temelli robotik uygulamalarından zevk aldıklarını, grupla çalışmayı eğlenceli bulduklarını, akran öğretiminin gerçekleştiğini ve robotik uygulamalarının günlük hayatlarına olumlu katkılarının olduğunu belirtmişlerdir.
A simulation study on impedance control of two-degree-of-freedom robotic manipulators
In this research, motion control of a two-degree-of-freedom robotic manipulator with rigid links is studied. Robot control with this approach needs a control system that includes dynamic models of applied torques effecting the positions, speeds, and forces at joints. Hybrid impedance control is proposed in this research to address this need. For hybrid impedance control to be fully understood, position control, force control and impedance control methods are discussed in depth. In the light of the literature review, the mathematical kinematic and dynamic equations of two-degree-of-freedom robotic manipulators are first derived. The manipulator model is converted into a simulation model in computer simulation environment, and the accuracy of the model is proven through open loop tests. The force and position of the end effector of the robotic manipulator is computed with a hybrid impedance control model that can be controlled simultaneously. The designed hybrid impedance controller is integrated into the created robotic manipulator model, and integrated into the closed-loop simulation model along with the PID control system with the purpose of performance assessment. The simulation results are presented in graphs and compared with the desired force control, position control, speed control and joint angle with the force control, actual position control, velocity and joint angle. The simulation is continued until the margin of error reaches the minimum level. Hybrid impedance control is determined to have superior performance compared to other control methods tested. Key Words: 2 DOF Robotic Manipulator, Hybrid Impedance Control
Elastik uzuvlu robotların dinamik davranışlarının simülasyonu
Bu çalışmada, elastik uzuvlu robotların dinamik denklemlerinin bilgisayar yardımıyla elde edilebilmesi, elde edilen dinamik denklemlerin yine bilgisayar yardımıyla çözümlenerek analizlerinin yapılabilmesi amaçlandı. Dinamik denklemlerin verilen şartlarla çözümlenmesi, arzu edildiği taktirde şartların değiştirilmesi ile denklemlerin tekrar tekrar çözümlenebilmesi göz önüne alındı.Böylece, verilen şartlar altında robotun göstereceği dinamik davranışlar değerlendirilerek, tasarımda veya çalışma koşullarında gerekli değişikliklerin kolaylıkla yapılabilmesi hedeflendi.Yeni bir modelleme tekniği önerilerek, araştırmacıların yapmış olduğu bir takım basitleştirmeler işlemlere dahil edildi.Bu modelleme esas alınarak yeni bir formülasyon geliştirildi. Bilgisayar ortamında işlenmesi kolay olduğundan formülasyon matris formunda yapıldı.Ayrıca eksen takımları, sistematikliği ve kullanım yaygınlığı göz önüne alınarak Denavit ? Hartenberg Prensiplerine göre yerleştirildi. Bu formülasyonu kullanılarak MATLAB Teknik Programlama Dilinde bir yazılım geliştirildi. Yazılım sayesinde n adet elastik uzva sahip döner mafsallı ve düzlemsel bir robotun dinamik denklemleri otomatik olarak parametrik formda elde edildi.Böylece dinamik denklemlerin çözümlenebilmesi için sadece parametrik ifadelerin sayısallaştırılması yeterli oldu. Bu sayede denklemlerin her işlem için tekrar tekrar hesaplanmasının önüne geçildi. Sadece sayısal değerlerin değiştirilmesi ile çok farklı kombinasyonlar için dinamik denklemlerin çözümlemesi yapıldı.Yazılımın, elastik uzuv sayıları bir ile üç arası olan robotlar için çalıştırılmasıyla elde edilen sonuçlar mukayese edildi. Böylece, uzuv sayısı, uzuv kütle değerleri, uzuv malzemesi ve çalışma şartları arasındaki ilişkiler hakkında bilgi toplandı ve bir takım sonuçlar çıkarıldı.Anahtar Kelimeler; Robot, Elastik, Dinamik, Modelleme, Simülasyon, Animasyon, MATLAB
Elektromiyogram sinyaller ile robot kolunun gerçek zamanlı kontrolü
daha sonra doldurulacaktır.
Bağımsız hareket kabiliyetine sahip robotik yürüme sistemi
Hareket edebilmek eylemi canlılığın bir sonucudur ve en gelişmiş türü ise 2 ayak üzerinde yürüme eylemidir. Belirli uzuvların kendi hareketlerini periyodik olarak tekrarlamasıyla yürüme eylemi meydana gelir. Bu hareket "adım" olarak adlandırılır. Yürüme hareketi adımların tekrarlanmasıyla oluşur. İnsan gövde yapısal tasarımı farklı yaklaşımlar ile günümüz teknolojisine uyarlamaya çalışılmıştır ancak bu yaklaşımlar esnasında teknolojik açıdan bir fark yaratmak isterken bir takım temel gerçekleri ihmal etmişlerdir. Bu çalışmada, insansı yürüme hareketi adımlama biçiminde parçalara bölünerek hareket kabiliyeti ve denge kabiliyeti olarak 2 ye ayrılmış ve matematiksel olarak incelenmiştir. Hareketi sağlayacak ideal bir fiziksel model tasarım gerçekleştirilmiştir. Yürüme hareketinin incelenmesi sonucu ortaya çıkan matematiksel model örnek hareketlerde uygulanarak analiz edilmiş elde edilen grafiksel sonuçlarla yorumlanmıştır.
Robotik kodlama eğitiminde blok tabanlı kodlama yönteminin ortaokul öğrencilerinin akademik başarısına etkisi
Bu araştırmanın amacı, ortaokul öğrencilerinin Bilişim Teknolojileri ve Yazılım dersinde robotik kodlama eğitiminin blok tabanlı kodlama yöntemi ile verilmesinin akademik başarıya etkisini incelemektir. Araştırmada ön test-son test yarı deneysel desen kullanılmıştır. Araştırma 2018-2019 Eğitim-Öğretim yılının birinci döneminde bir devlet okulunun 5. sınıfa devam eden öğrenciler ile gerçekleştirilmiştir. Robotik kodlama eğitimi 10 haftalık bir sürede uygulanmıştır. Çalışma grubu 66'sı deney, 64'ü kontrol grubu olmak üzere toplam 130 öğrenciden oluşmuştur. Deney grubu robotik kodlama eğitimini blok tabanlı (mBlock) kodlama yöntemi ile alırken, kontrol grubu metin tabanlı (Arduino) kodlama yöntemi ile eğitim almıştır. Öğrencilerin ön ve son testteki akademik başarılarının seviyesini belirlemek için araştırma kapsamında Akademik Başarı Testi kullanılmıştır. Araştırma süresince toplanan veriler IBM SPSS Statistics 20.0 yazılımı ile analiz edilmiştir. Toplanan veriler normal dağılım göstermediği için analizler parametrik olmayan (Mann Whitney U ve Wilcoxon İşaretli Sıralar) testleri ile yapılmıştır. Çalışmanın sonunda, elde edilen bulgulara göre blok tabanlı (mBlock) kodlama yöntemi ile öğrenim gören deney grubunun akademik başarısı, metin tabanlı (Arduino) kodlama ile öğrenim gören kontrol grubuna göre daha yüksek çıkmış ve gruplar arasındaki fark deney grubu lehine anlamlı bulunmuştur.
Orta ve ileri düzey robotik kodlama eğitimleri için internet odaklı sensör kartı tasarım ve imalatı
Günümüzde teknolojide dijital dönüşüm çalışmaları başlatılmaktadır. Bu çalışmalar endüstriden eğitime kadar her alanda yapılmış olmasının yanı sıra, yapılırken yararlanılan en temel bileşen ise 'Nesnelerin İnterneti' konusu olmaktadır. Ancak bu konunun literatür incelendiğinde daha çok endüstriyel alanlarda kullanıldığı görülmektedir. İnternet ile yetişen yeni neslin interneti tam olarak öğrenemeden büyümesi, iş hayatlarında daha çok zorlanmalarına sebep olacaktır. Öğrenciler genç yaşlarda yazılım ve elektronik konusunda eğitim aldığı zaman, başta geleceğin teknolojisi robotik olmak üzere havacılık, savunma sanayi ve uzay teknolojileri gibi çeşitli alanda projeler geliştirebileceklerdir. Bu çalışmada, robotik kodlama konusunu, bir diğer üst seviye olan "Nesnelerin İnterneti" konusu ile birleştiren bir eğitim kiti tasarlanmış ve kasasıyla beraber imalatı yapılmıştır. Kullanılacak sensörler ve devre elemanları, piyasadaki ihtiyaçlar göz önüne alınarak tespit edilmiş ve muadillerinden farklı olarak; modüler, kullanıcı dostu ve çocukların gelişimine katkı sağlayabilecek şekilde seçilmiştir. Bu sayede, otomasyon, haberleştirme, elektronik ve robotik konularının temel olarak öğrenilmesi hedeflenmektedir. Tasarlanan kart, dahili kablosuz bağlantıları bulunan ve çift çekirdekli işlem gücüne sahip mikroişlemci ile kullanılacak sensörleri üzerinde barındıran elektronik bir karttır. Hem kendi aralarında hem de internet bağlantısı olan herhangi bir cihazla iletişim kurarak içerisine yüklenen algoritmayı çalıştırabilmektedir. Çalışmada ilk olarak elektronik kart tasarımı ve imalatı, ardından dış kabuk imalatı yapılmıştır. Donanımsal olarak tamamlanan kartın son olarak test yazılımı yapılarak cihaz içerisine yüklenmiş ve üretimi tamamlanmıştır.
Robot hareketlerinin topolojisi
Bu tezde Robotlar ve robotların tarihsel gelişim sürecinden bahsedilmiş daha sonra matematiksel kavramlar, homotopi teori ve ilk kez klasik mekanikte kullanılan bir matematiksel yapı olan konfügürasyon uzaylarının tanımı ve örnekleri verilmiştir.Tezin son bölümünde ise hareket planlama algoritmaları, robot hareketlerinin seyir karmaşıklığını ölçen TC(X) sayısal değişmezi ve TC(X) ile ilgili tanımlar, örnekler ve teoremler verilmiştir.
İnsansı robotun engellerden kaçınarak yürümesi için derin pekiştirmeli öğrenme algoritmalarının geliştirilmesi
İnsansı robotların gerçekleştirecekleri operasyonlar çevresel faktörlerin etkisi ile kritik derecede zor bir görev olarak kabul edilir. Bu tez, insansı robotların operasyonel kabiliyetlerini artırmaya yönelik olarak, çeşitli engellerin ve duvarların bulunduğu ortamlarda hedefe ulaşmayı sağlamak için olası bir kontrol yaklaşımını açıklamaktadır. İnsansı robot, gördüğü çevre elemanlarından alınan bilgiler, mevcut konum ve yöne göre derin pekiştirmeli öğrenme yöntemleri kullanılarak eğitilmiştir. Eğitimin gerçekleştiği ortamlarda, robota, bir veya birden fazla hedef verilmiştir. Tasarlanan kontrol yaklaşımları, Robot İşletim Sistemi (ROS) ve Webots benzetim ortamlarında test edilmiştir.
Bir robot balık için iki boyutlu yol planlama algoritmalarının uygulanması
Son dönemlerde teknolojinin gelişimine paralel olarak robotik sistemlerle ilgili çalışmalar hız kazanmıştır. Bu robotik sistemlerin çoğu tabiatta yaşamını sürdüren hayvanlardan ilham alınarak oluşturulmuştur. Bu çalışmada, balıklardan esinlenerek ve gerçek bir balığın hareketlerini sergileyebilen, Carangiform yüzüş şekline bağlı bir robot balığın doğrusal modeli MATLAB benzetim ortamında oluşturulmuştur. Bu robot balığın otonom olarak bir yerden başka bir yere hareket edebilmesini sağlamak için farklı yol planlama algoritmaları oluşturulmuştur. Bu planlama algoritmalarından olan A* ve Alt hedef graf algoritmaları kullanılarak MATLAB ortamında 2 boyutlu çalışma alanları için birçok uygulama gerçekleştirilmiştir. Robot balığın en kısa yoldan hedefe ulaşabilmesi ve engeller arasından engellere çarpmadan ilerleyebilmesi için A* ve Alt hedef graf algoritmaları kullanılmıştır. Benzetim ortamında oluşturulan robot balığın doğrusal modeline A* ve Alt hedef graf algoritmalarının belirlemiş olduğu konum değerleri uygulanmıştır. Robot balık modelinin A* ve Alt hedef graf algoritmalarıyla belirlenen rotayı takip ettiği görülmüştür. Sonuç olarak, robot balık modelinin A * ve Alt hedef graf algoritmaları tarafından belirlenmiş rota ile başlangıç noktasından bitiş noktasına ulaşabileceği çeşitli uygulamalar ile gösterilmiştir. Anahtar Kelimeler: Robot Balık, Yol Planlama, A* Algoritması, Alt Hedef Graf Algoritması
Eğitsel robotik uygulamalarının fen bilgisi öğretmen adaylarının problem çözme becerilerine etkisi
Bu çalışma, Fen Bilgisi öğretmen adayları için uygun Lego öğrenme ortamı oluşturmak ve bu ortamın öğretmen adaylarının problem çözme becerilerine etkisini araştırmak amacıyla hazırlanmıştır. Karma araştırma yöntemine göre yürütülen bu çalışma 2015-2016 eğitim öğretim yılı bahar döneminde Karadeniz Teknik Üniversitesi Fatih Eğitim Fakültesi'nde öğrenim görmekte olan 12 2. sınıf ve 3 3. sınıf olmak üzere toplam 15 Fen Bilgisi Eğitimi öğretmen adayı ile 6 hafta boyunca gerçekleştirilmiştir. Araştırmada nitel veriler; araştırmacı tarafından hazırlanan alan notları, öğretmen adayları ile gerçekleştirilen yarı yapılandırılmış görüşmeler ve video kaydı ile, nicel veriler ise; problem çözme becerileri ölçeği ile toplanmıştır. Araştırma her biri 5'er kişiden oluşan 3 farklı grup üzerinde, Lego Mindstorms Ev3 Home Edition seti ile inşa etme, tasarım ve programlama aşamalarını içeren robotik eğitimi şeklinde gerçekleştirilmiştir. Nitel verilerin çözümlenmesinde NVivo 9, nicel verilerin çözümlenmesinde ise SPSS 15 istatistik paket programı kullanılmıştır. Çalışmanın nitel verileri betimsel analiz, nicel verileri ise ilişkili örneklemler için T testi kullanılarak elde edilmiştir. Çalışma sonunda; Fen bilgisi eğitimi öğretmen adaylarının mevcut problem çözme becerileri ile 6 haftalık süreç sonundaki problem çözme becerileri arasında olumlu yönde bir farklılaşma olduğu fakat; bu farklılaşmanın anlamlı olmadığı sonucuna ulaşılmıştır. Öte yandan, öğretmen adaylarının Lego öğrenme ortamı içerisinde problem çözme becerilerinden ''Keşif becerileri'', ''Gözlem Becerileri'', ''Pratik beceriler'' ve ''Sosyal beceriler'' aşamalarını kullandıkları gözlenmiştir.
İnsansı bir robot için üç boyutlu benzetim ortamı geliştirme
Teknolojinin gelişmesiyle beraber robotik alanında yapılan çalışmalar yakın bir gelecekte insansı robotların endüstriyle sınırlı kalmayıp gündelik yaşamın bir parçası olacağını göstermektedir. Bu gelişmeler, gelişmiş ülkelerin robotik bilimine olan ilgilisini arttırmış yatırımların ve araştırmaların hız kazanmasına neden olmuştur. İnsan özelliklerini taşıyan ve insanın yaptığı işleri yapan iki ayaklı bu tür robotlar çok çeşitli alanlarda kullanılabilir. Kullanım alanları olarak fabrikalardaki üretimlerde insan salığına zararlı ortamlarda gerçekleştirilecek görevler de, askeri uygulamalarda, eğlence sektöründe, ev, restoran, hastane, otel gibi yerlerde robot hizmetçi tasarımları öngörülen robot tipleri olarak karşımıza çıkmaktadır. Robot araştırmalarında yapılan çalışmalarda donanımsal prototipler oluşturulmasının, büyük mali külfetler getirmesi üreticilere çalışmaların yazılım ortamında gerçekleştirme fikrini vermiş ve böylelikle robot model paket programları geliştirilmiştir. Üreticilerin kendi modelleme programlarının yanı sıra özel olarak geliştirilen MATLAB/Simmechanics programı da bu alanda model çalışmalarına imkan sağlamaktadır. Bu tez çalışmasında, sistemimizin modelleme aşamasında, robot ileri/ters kinematik denklemlerinin çözümlenmesinde Denavit-Hartenberg Yaklaşımı?ndan yararlanılmıştır. Robot dinamik denklemlerinin çözümünde ise yaygın olarak kullanılan Langrange-Euler denklemine değinilmiştir. Bu dinamik denklemler arka planda ileri ve/veya ters dinamik çözümlemelerde kullanılmakta olsa da Simmechanics ile sunulan olanaklar tasarımcıyı detaylı ve fazlasıyla karmaşık dinamik denklemlerin çözümünden kurtarmaktadır. Bu çalışmanın amacı; doğada mevcut hareket yöntemlerinden insansı iki ayaklı yürüme hareketinin kinematik analizi , kontrolü, dinamik benzetimi ve gerçek zamanlı sistem uygulaması ele alınarak sistemin modellenmesidir. Tasarlanması amaçlanan insansı robotun kontrolü için bulanık mantıklı kayma kipli kontrolör kullanılmıştır. Oluşturulan bu modeller ile gerçek uygulamalarda sistemin karşılaşabileceği hatalar, sorunlar ve istenilenlere karşı vereceği cevaplar gözlemlenebilir.
Bir fizyoterapi robotun dinamiği ve kontrolü
Bu proje ile fizyoterapistlere rehabilitasyon sürecinde yardımcı olmak üzere, alt uzuvların rehabilitasyonuna yönelik bir robot kolunun tasarımı, ve kontrolü amaçlanmıştır. Proje kapsamında üç serbestlik derecesine sahip, diz için fleksiyon ekstansiyon kalça için fleksiyon ekstansiyon ve abduksiyon adduksiyon hareketlerini gerçekleştirebilen, uzuv boyutuna göre ayarlanabilen bir mekanizma tasarlanmıştır. Tasarlanan sistemin kontrolü için bilgi ve kural tabanlı çalışan, kontrol algoritmaları yapısı geliştirilmiştir.Kontrol teknikleri olarak rehabilitasyon amaçlı robotlar için PID, Bulanık Mantık ve Adaptiv PID Tip Bulanık Mantık Denetimleri teknikleri kullanılmıştır. Anahtar Kelimeler: Rehabilitasyon Robotlar, Fizyoterapi, Kontrol, Adaptiv Kontrol
An adaptive admittance controller for collaborative drilling with a robot based on subtask classification via deep learning
In this thesis, we propose a supervised learning approach based on an Artificial Neural Network (ANN) model for real-time classification of subtasks in a physical human-robot interaction (pHRI) task involving contact with a stiff environment. In this regard, we consider three subtasks for a given pHRI task: Idle, Driving, and Contact. Based on this classification, the parameters of an admittance controller that regulates the interaction between human and robot are adjusted adaptively in real time to make the robot more transparent to the operator (i.e. less resistant) during the Driving phase and more stable during the Contact phase. The Idle phase is primarily used to detect the initiation of task. Experimental results have shown that the ANN model can learn to detect the subtasks under different admittance controller conditions with an accuracy of 98% for 12 participants. Finally, we show that the admittance adaptation based on the proposed subtask classifier leads to 20% lower human effort (i.e. higher transparency) in the Driving phase and 25% lower oscillation amplitude (i.e. higher stability) during drilling in the Contact phase compared to an admittance controller with fixed parameters.
Keyframe demonstration seeded and Bayesian optimized policy search
Reinforcement learning (RL) is a promising approach to endow robots with skills. However, RL requires many trials to get satisfactory results. Learning from Demonstration (LfD) seeded RL alleviates this problem by learning an initial skill from human demonstrations. Nevertheless, this approach still requires robots to perform a non-trivial amount of trials. In this thesis, we develop an approach to further reduce these for manipulation skills with perceptual goals. Our main contributions are (1) an algorithm to focus the exploration by using the learned relationship between action and perception and a (2) Black-Box RL Policy Search (PS) method that improves upon the popular Policy Improvement with Path Integral (PI²) algorithm, called the Bayesian Optimized PI² (BO-PI²), that uses reward predictive UCB-type exploration. Our underlying LfD framework utilizes a Dynamic Bayesian Network (DBN) learned from keyframe demonstrations to jointly model the action (end-effector pose) and the goal (object-specific perceptual data) of the skill. The action part is used to generate robot trajectories, and the goal part is used to monitor the success of trajectory executions and to create a Partially Observable Markov Reward Model in order to learn rewards. BO-PI$^{2}$ is used to improve the action part of the DBN with trial-and-error using the learned returns. The novelty of BO-PI$^{2}$ comes from its exploration strategy. The coupling between the action and the goal is used to pick the part of the model to focus on to reduce the effort, in a sense to solve the credit attribution problem. After picking the part to focus on, BO-PI$^{2}$ samples trajectories from the action model to get rollouts, which is typical of PS approaches. In addition, BO-PI$^{2}$ uses a Gaussian Process (GP) to learn local returns from these rollouts, which is improved with each executed trajectory. The next samples are selected by utilizing an Upper Confidence Bound (UCB) approach, using the predicted return and uncertainty of the possible candidate points. This is in contrast to random sampling, used in most PS approaches. BO-PI$^{2}$ also utilizes a skill success based termination criteria, using the goal model to monitor success autonomously. We evaluate BO-PI$^{2}$ with expert and non-expert keyframe demonstrations for three skills. In the expert case, the models are perturbed so that the initial skill execution starts from a failure condition. In the non-expert case, we pick skill models that fail to begin with. We test our approach against the current state-of-the-art PI$^{2}$-ES-Cov algorithm using three metrics: (1) skill success rate, (2) total accumulated reward, and (3) number of trials. In both the expert case and the non-expert case, on average, our approach performed better than the baseline on all three metrics. Our results show that utilization of keyframes allows us to focus on failed sub-goals rather than the entire trajectory, and combined with reward predictive exploration strategies, are beneficial to improve RL performance and reduce the number of trials to endow robot arms with real-life manipulation skills.
Fen eğitiminde robotik uygulamalar üzerine yapılan çalışmalar
Teknolojinin gelişmesiyle, toplumsal yaşantıda bireylerin kendilerine yeter hale gelebilmeleri için ihtiyaç duydukları bilgi ve beceriler de farklılaşmaktadır. Teknolojinin amaca uygun ve doğru kullanımına ilişkin dijital okuryazarlık becerisinin kazandırılması önemlidir. İlgili becerilerin kazandırılması için eğitim sisteminde değişikliklere gidilmiştir. Günümüz eğitim sisteminde teknolojinin gelişmesiyle disiplinlerarası yaklaşımlar benimsenmiştir. Disiplinlerarası etkileşimin esas alındığı derslerin başında fen bilimleri dersi yer almaktadır. Fen bilimleri öğretim programı incelendiğinde son yıllarda STEM, Fen- Mühendislik ve Girişimcilik uygulamalarının fen bilimleri öğretim programı içerisinde ele alındığı görülmektedir. İlgili entegrasyon çalışmalarında genellikle teknoloji temelli robotik uygulamaların eğitime entegre edildiği görülmektedir. Son yıllarda eğitim ortamlarına dahil edilen ve gelecek eğitim sisteminin vazgeçilmez parçası olarak görülen robotik uygulamalara ilişkin yapılan çalışmaların ve uygulamaların incelenmesi bu alandaki genel eğilim ve eksiklikleri fark edebilmek açısından oldukça önemlidir. Bu araştırmanın amacı, ülkemizde fen eğitiminde yapılan robotik uygulama çalışmalarının incelenmesidir. Araştırma Google Akademik, Yükseköğretim Kurulu Ulusal Tez Merkezi ve ERIC veri tabanları üzerinden fen eğitiminde robotik uygulamalara ilişkin 2012-2021 yılları arasında Türkiye'de yapılmış 48 çalışmanın verilerinden oluşmaktadır. Araştırmada nitel araştırma yöntemlerinden sistematik alanyazın incelemesinin kullanılmış olup, çalışma kapsamında araştırmacılar tarafından belirtilen 9 ölçüt bağlamında ilgili çalışmalar analiz edilmiştir. Elde edilen verilerin analizi sonucunda genellikle ortaokul ve öğretmen adayları ile, 4-6 hafta aralığında, uygulamalı ve deneysel eğitimlerin gerçekleştirildiği, katılımcıların akademik başarı, bilimsel süreç becerileri, tutum, motivasyon gibi bilişsel ve duyuşsal becerilerinin gelişmesine robotik uygulamaların etkisinin incelendiği görülmektedir. İlgili çalışmaların genellikle yüksek lisans tezi ve makale türünde olduğu, araştırma yöntemi olarak genellikle nicel araştırma yönteminin kullanıldığı, teknoloji olarak genellikle Lego, Mikrodenetleyici ve işlemci kart kullanıldığı sonucuna ulaşılmıştır. Elde edilen bulgular doğrultusunda robotik altyapının geliştirilmesi ve eğitim sisteminde öğretim programları çerçevesinde planlı şekilde dahil edilmesi önerilmektedir
Yapay zeka ve robotik teknolojinin algılanma durumu üzerine sosyolojik bir inceleme
Bu çalışmada, yapay zekâ ve robot teknolojisinin etkilerini deneyimlecek olan sosyal aktörlerin bu teknolojiye yönelik risk ve işlev algıları incelenmiştir. Bu kapsamda "Yapay Zekâ ve Robot Teknolojisi Algı Ölçeği "geliştirilmiş ve görüşmeler yapılmıştır. Yapay zekâ ve robotların kullanımının toplumun ve bireylerin ihtiyaçlarını karşılaması, yararlı olarak değerlendirilmesi; diğer bir ifade ile yapay zekâ ve robot teknolojisinin toplumun ve kişilerin yaşamlarının düzgün işleyişine katkı sunması şeklindeki düşünce işlev algısı; yapay zekâ ve robotların kullanımının toplum ve bireyler üzerinde yaratacağı olumsuz etkilerine yönelik düşünce risk algısı olarak değerlendirilmiştir.Sosyal aktörlerin yapay zekâ ve robot teknolojisine ilişkin risk ve işlev algısını ölçmeye yönelik geçerli ve güvenilir ölçme aracı geliştirmek, araştırmanın temel amaçlarındandır. Sosyal aktörlerin yapay zekâ ve robotlarla ilgili risk algısının ve işlev algısının çeşitli değişkenlerle ilişkilerinin araştırılması, sosyal aktörlerin yapay zekâ ve robot teknolojisini nasıl algıladığı bu çalışmanın diğer amaçlarındandır. Bu çalışma, nitel ve nicel çalışmanın birlikte kullanıldığı karma araştırma yöntemine uygun olarak tasarlanmıştır. Araştırma, dört farklı grup ile gerçekleştirilmiştir. 238 kişi ile açımlayıcı faktör analizi, 222 kişi ile doğrulayıcı faktör analizi, 491 kişi ile ilişkileri belirleme ve 15 kişi ile görüşmeler yapılmıştır. Çalışmada, Kişisel Bilgi Formu, Görüşme Formu, Yapay Zekâ ve Robot Teknolojisi Algı Ölçeği kullanılmıştır. Ölçek geliştirmede ve diğer işlemlerde farklı analiz teknikleri kullanılmıştır. Yapılan analizler sonucunda ölçek, dört faktörlü 26 maddeden oluşan bir yapıya dönüşmüştür. Genel işlev algısı puanının artması sosyal aktörlerin yapay zeka ve robot teknolojisine dönük algılarıın işlevsel olduğunu, genel risk algısı puanının artması ise yapay zeka ve robot teknolojisine dönük algılarını risksel olduğunu işaret etmektedir. Çalışmanın nitel basamağında görüşmelerden elde edilen veriler, analiz edilmiş ve soruların ortaya koyduğu temalara göre düzenlenmiş ve tablolara dönüştürülmüştür. Araştırmada kullanılan sorular doğrultusunda görüşmelerden elde edilen veriler, tanımlanmış ve gerekli yerlerde doğrudan alıntılarla desteklenmiştir.
Fiziksel olaylar öğrenme alanı için Lego program tabanlı fen ve teknoloji eğitiminin öğrencilerin akademik başarılarına, bilimsel süreç becerilerine ve Fen ve Teknoloji dersine yönelik tutumlarına etkisi
Bu çalışmanın temel amacı, İlköğretim Fen ve Teknoloji Öğretim Programı?nın Fiziksel Olaylar Öğrenme Alanı için Lego Mindstoms NXT 2.0 robot kiti kullanılarak yapılan Fen ve Teknoloji eğitiminin öğrencilerin Akademik Başarı, Bilimsel Süreç Becerileri ve Fen ve Teknoloji Dersine Yönelik Tutumlarına olan etkisini incelemektir. Bu nedenle fizikle ilişkili konular Lego Mindstorms NXT 2.0 yardımıyla öğretilmiştir. Öğretim stratejisi olarak üç aşamalı model kullanılmıştır. Çalışmada ?ön test-son test yarı deneysel araştırma deseni? kullanılmıştır. Araştırmanın örneklemini İzmir?de yer alan bir devlet okulundan 6. Sınıf seviyesindeki 52 öğrenci oluşturmaktadır. Çalışma 5 haftalık bir sürede uygulanmıştır. Öğrencilerin yarısı kontrol diğer yarısı ise deney grubu olarak seçilmiştir. Deney grubundaki öğrenciler ile Lego Mindstorms NXT 2.0 desteğiyle öğretim yapılırken, kontrol grubundaki öğrencilerle 2005 yılında yeniden yapılandırılan öğretim programı standartları kapsamında öğretim yapılmıştır. Öğrencilerin ön ve son testteki fen akademik başarılarının seviyesini belirlemek için Akademik Başarı Testi kullanılmıştır. Öğrencilerin Fen ve Teknoloji dersine yönelik tutumlarındaki değişikliği belirlemek için Fen ve Teknoloji dersine yönelik tutum ölçeği kullanılmıştır. Üçüncü ölçek olarak, öğrencilerin ön ve son bilimsel süreç becerilerindeki değişikliği ölçmek için Bilimsel Süreç Becerileri Testi kullanılmıştır. Bu veri toplama araçlarına ek olarak deney grunundaki öğrencilerin konuyu öğrenme düzeylerini belirlemek ve öğrencilerin ders hakkında görüşlerini almak için yarı yapılandırılmış görüşmeler yapılmıştır. Çalışmadan elde edilen bulgulara göre deney grubundaki öğrenciler Fen ve Teknoloji dersine yönelik olumlu tutum geliştirmişler, akademik başarılarını artırmışlar ve bilimsel süreç becerilerini geliştirmişlerdir. Bu master tezinin sonucu olarak robotlarla zenginleştirilmiş öğrenme ortamları öğrencilerin Fen ve Teknoloji dersine yönelik motivasyonlarını dramatik bir şekilde artırdığı söylenebilir. Bu nedenle gelecek nesiller için daha etkili öğrenme ortamlarının oluşturulması için robot teknolojilerinin Fen ve Teknoloji öğretim programına bütünleştirildiği ileri düzey çalışmaların yapılmasına gereksinim duyulmaktadır. Anahtar Kelimeler: Lego Mindstroms NXT 2.0, Fen ve Teknoloji Öğretimi, Robotik, Sorgulaya Dayalı Öğrenme, Üç Aşamalı Model.
Hemiparetik serebral palsili hastalarda üst ekstremite robotik rehabilitasyonunun üst ekstremite becerileri ve fonksiyonel bağımsızlık düzeyi üzerine etkisi
HEMİPARATİK SEREBRAL PALSİLİ HASTALARDA ÜST EKSTREMİTE ROBOTİK REHABİLİTASYONUNUN ÜST EKSTREMİTE BECERİLERİ VE FONKSİYONEL BAĞIMSIZLIK DÜZEYİ ÜZERİNE ETKİSİ Nuriye Büyüktaş, Dokuz Eylül Üniversitesi, Sağlık Bilimleri Enstitüsü, Fizik Tedavi ve Rehabilitasyon, nuriyeozhan@hotmail.com ÖZET Amaç: Bu çalışma, hemiparetik serebral palsili (SP) hastalarda üst ekstremite robotik rehabilitasyon uygulamalarının üst ekstremite becerileri ve fonksiyonel bağımsızlık düzeyi üzerine etkilerini incelemek amacıyla gerçekleştirilmiştir. Yöntem: Çalışma Dr. Ayten Bozkaya Spastik Çocuklar Hastanesi ve Rehabilitasyon Merkezi'ne tedavi amacıyla başvuran, 4-18 yaş aralığında 34 hemiparetik SP'li hasta ile gerçekleştirilmiştir. Çalışma grubuna dahil olan 17 olguya klasik fizyoterapi ve rehabilitasyon uygulamalarına ek olarak robotik rehabilitasyon uygulamaları yapılmıştır. Kontrol grubunda bulunan 17 olguya, sadece klasik fizyoterapi ve rehabilitasyon uygulamaları yapılmıştır. Klasik fizyoterapi ve rehabilitasyon 45 dakika, robotik rehabilitasyon 30 dakika olarak uygulanmıştır. Çalışmaya katılan her olgunun tedavi programı 15 seans sürmüştür. Tedavi öncesinde ve sonrasında vücut işlevleri ve aktivite ile ilgili değerlendirmeler yapılmıştır. Kas tonusunu değerlendirmek için Modifiye Ashworth Skalası (MAS), el becerilerini değerlendirmek için Abilhand-Kids testi, üst ekstremite motor fonksiyonları değerlendirmek için Üst Ekstremite Becerilerinin Kalitesi Testi (The Quality of Upper Extremity Skills Test-QUEST), fonksiyonel bağımsızlık düzeyini değerlendirmek için Pediatrik Fonksiyonel Bağımsızlık Ölçümü (WeeFIM) testi kullanılmıştır. Bulgular: Çalışmanın sonucunda, üst ekstremite genel kas tonusunda, dirsek ve el bölgesi kas tonusunda çalışma grubu lehine anlamlı bir fark tespit edilmiştir (p<0,05). El yeteneklerinde, üst ekstremite motor fonksiyonlarında ve fonksiyonel bağımsızlık düzeyinde tedavi öncesi ve sonrası istatistiksel olarak anlamlı fark olmakla birlikte (p<0.05), bu anlamlı farklılığın klasik fizyoterapi ve rehabilitasyona ek olarak uygulanan robotik rehabilitasyon grubunda daha fazla olduğu belirlenmiştir (p<0,05). Sonuç: Klasik fizyoterapi ve rehabilitasyon uygulamalarına ek olarak yapılan üst ekstremite robotik rehabilitasyon uygulamaları, sadece klasik fizyoterapi ve rehabilitasyon uygulamalarına göre hemiparetik SP'li hastaların üst ekstremite becerilerini ve fonksiyonel bağımsızlık düzeyini daha fazla arttırmıştır. Uzun dönem fizyoterapi ve rehabilitasyon gerektiren SP gibi bir nörogelişimsel bozuklukta motivasyonu ve tedavinin etkinliğini arttırmak amacıyla robotik cihaz gibi yüksek teknolojili aktivitelerin eklenmesi müdahalenin başarısını arttıracaktır. Anahtar Kelimeler: Serebral Palsi, Robotik Rehabilitasyon, Üst ekstremite becerileri, Fonksiyonel Bağımsızlık, QUEST, Spastisite
Operatör tarafından kontrol edilebilen kuvvet geri beslenimli gezgin bir robot tasarımı
Bu tez çalışması, kuvvet geri besleme mekanizmasına sahip, operatör tarafından kontrol edilebilen bir robotun tasarımı ve üretimini amaçlamaktadır. 5 serbestlik dereceli Master ve 4 serbestlik derecesine sahip Slave robot kolu tasarlanmıştır. Böyle bir kontrol için yüksek miktarlarda harcamalara ihtiyaç duyulduğundan yeni bir yöntem geliştirmek projenin ana amacı olmuştur. Bu alandaki çalışmalardan farklı olarak adım motorlar hareket mekanizması olarak kullanılmıştır. Motorların adım hareketleri yeni geliştiren algoritmanın temeli olarak alınmıştır. Pozisyon ve Kuvvet geribesleme kontrolü için Slave'den ölçülen açı değerleri Master koluna gönderilmiştir. Yeni tasarlanmış algoritma ile Slave kolundaki direnç kuvvetleri Master kolundan hissedilmiştir.
Üstün yetenekli ortaokul öğrencilerinin proje tabanlı temel robotik eğitim süreçlerindeki yaratıcı, yansıtıcı düşünme ve problem çözme becerilerine ilişkin davranışlarının ve görüşlerinin incelenmesi
Bu çalışmanın amacı, üstün yetenekli öğrencilerin proje tabanlı temel robotik eğitim süreçlerindeki yaratıcı düşünme, yansıtıcı düşünme ve problem çözme becerileri ile robot geliştirme süreçlerindeki görüşlerinin ve davranışlarının incelenmesidir. Nitel ve nicel yöntemlerin birlikte kullanıldığı bir durum çalışması olan bu araştırma 2015-2016 eğitim öğretim yılının yaz tatilinde Ankara ilindeki bir Bilim ve Sanat Merkezi'ndeki (BİLSEM) 12- 13 yaş arası 7 öğrenci ile yürütülmüştür. Araştırmacı tarafından geliştirilen Ürün Geliştirme Performansı Rubriği, uygulama sonu ve boylamsal Görüşme Formları, Öğrenci Günlükleri ve Araştırmacı Günlük Notları ile elde edilen veriler nitel veri çözümleme teknikleri ile çözümlenmiştir. Ayrıca üstün yetenekli öğrencilerin karakteristiklerine ilişkin tespit yapabilmek amacıyla Çocuklarda Problem Çözme Envanteri (ÇPÇE) ile Yansıtıcı Düşünme Düzeyini Belirleme Ölçeği (YDDBÖ) kullanılmıştır. Elde edilen verilerin analizine göre proje tabanlı temel robotik eğitiminin, üstün yetenekli öğrencilerin yaratıcı düşünme, yansıtıcı düşünme ve problem çözme becerilerine katkı sağladığı, öğrencilerin proje tabanlı temel robotik eğitimi ardından, aradan geçen sekiz aylık bir süre sonrasında halen robotik tabanlı ürün geliştirme süreçlerine devam ettikleri ve olumlu tutum geliştirdikleri sonucuna varılmıştır. Anahtar Kelimeler: Robotik, Üstün Yetenek, Yaratıcı Düşünme, Yansıtıcı Düşünme, Problem Çözme