Merkezi örüntü üreteci ile robot balığın üç boyutlu hareketinin akıllı denetimi

Balıklar hızlı yüzebilme, ani ivmelenme ve üstün hareket kabiliyeti gibi özellikleri ile doğadaki en iyi yüzücülerdir. Balık türü bir sualtı robotu ürettiği tahrik kuvveti ile klasik pervaneli bir sualtı aracına göre daha hızlı, sessiz ve düşük güç tüketimi ile yüzebilmektedir. Bahse konu olan özellikler göstermektedir ki, çok eklemli kuyruk mekanizmasına sahip bir sualtı robot tasarımı için balıklar uygun bir biyolojik örnek olarak kullanılabilir. Bu tez çalışmasında, iki eklemli esnek kuyruk mekanizmasına sahip, üç boyutlu olarak otonom bir şekilde yüzebilen, Carangiform türü biyomimetik bir robot balık prototipi geliştirilmiş ve önerilen biyomimetik denetim yapısıyla robot balığın üç boyutlu hareketlerinin akıllı denetimi gerçekleştirilmiştir. Prototipin benzetim çalışmalarını yapmak ve denetim algoritmalarını tasarlamak amacıyla robot balığın üç boyutlu 6 Serbestlik Dereceli (SD) doğrusal olmayan matematiksel modeli elde edilmiştir. 6-SD model, robot balığın üç boyutlu uzayda hareketini tanımlamaktadır. Matematiksel modeli elde etmek için Lagrange yöntemi kullanılmış ve suyun etkilerini gerçekçi bir şekilde modellemek için kuyruğa etki eden hidrodinamik kuvvetler bulunmuştur. Robot balık prototipi gerçek bir Carangiform türü sazan balığının morfolojik özellikleri dikkate alınarak tasarlanmıştır. Prototipin hareket denetimi için Lamprey türü balıkların omurilik sinir hücrelerinden esinlenilerek tasarlanan Merkezi Örüntü Üreteci (MÖÜ) modeli kullanılmıştır. Sinirsel Lamprey MÖÜ modeli tek yönlü zincir bağlı osilatör dizilerinden oluşturulmuştur. Bu model ile robot balığın eklemlerindeki servo motorlar için gereken sürekli salınımlı, ritmik, sinüzoidal sinyaller elde edilmiştir. Robot balığın kapalı çevrim denetim yapısını oluşturmak için Lamprey duyusal sinir hücresi modeli kullanılmış ve tasarlanan iki farklı bulanık denetleyici ile prototipin Merkezi Sinir Sistemi (MSS) modeli geliştirilmiştir. Önerilen yöntemlerin doğruluğunu sınamak için robot balık prototipinin hem benzetim ortamında hem de deneysel bir havuzda açık ve kapalı çevrim analizleri yapılmıştır. Açık çevrim deneylerde, prototipin ileri yön ve dönüş hareketleri analiz edilerek robot balığın karakteristik özellikleri belirlenmiştir. Kapalı çevrim denetim yapısı ile sapma açısı, engellerden sakınarak otonom yüzüş ve engellerden sakınarak sapma açısı denetimleri için deneyler gerçekleştirilmiştir. Böylece, robot balık prototipinin karakteristik özelliklerine bağlı ileri yön ve dönüş hareketlerinin duyusal geri beslemeli kapalı çevrim denetimleri sağlanmıştır. Ayrıca, robot balığın ağırlık merkezi denetim mekanizması ile yukarı/aşağı hareketlerini sağlayan yunuslama açısının denetimi gerçekleştirilmiştir. Yapılan benzetim ve deneysel çalışmalar ile tasarlanan robot balık prototipinin üç boyutlu hareket denetimlerinin etkinliği ve başarımı gösterilmiştir.