312
Archived Theses
0
DOIs Assigned
0%
DOI Rate
Discipline
Cognitive modelling and analysis of leader-follower modality using experimental data
How does physical interaction affect predictive behavior in humans? In this thesis, the movements of human and virtual players are observed with a leader and two follower models using the mirror game paradigm in the leader-follower modality. The main purpose of this thesis is to show the improvement of motion estimation in humans by using haptic information and to create a virtual playmate with this information. Using mathematical metrics, tactile interaction between followers has increased tracking performance over three suggested set-ups. In addition, with a subject with Chiari Malformation disease, the designed set-up was played. The results show that this design can be played with in people with cerebellum disease.
Map planning in planes with straight and curved borders using chaotic dynamics
Map planning is the creation of a map while a robot or object is moving throughout a specified region. In this thesis, map planning is performed for planar regions in the forms of squares, rectangles, and circles. Regions containing obstacles in different forms are also considered. The rotation angle of a mobile robot in the map planning process is determined by means of chaotic solutions of systems of differential equations such as the Lorenz system, Rössler system, Duffing oscillator, and a hyperchaotic system. The rotation angle is chosen as one of the coordinates of the chaotic solutions. Region covering speeds for different chaotic systems are compared. To the best of our knowledge, this is the first time in the literature that map planning is performed for planar regions with curved borders.
Development of a human-animation interaction system to evaluate synchronization, prediction and implicit learning
Social interaction in humans is difficult and complex to understand. The main motivation of this study is to construct a human-animation interaction experimental setup to understand social interaction. For establishing the relationship between implicit learning and haptic interaction, haptic guidance and disturbance are added to the experimental setups, its effect on implicit learning was revealed using metrics and statistical tools. It has been observed that the resistive haptic interaction positively affects the existence, transfer and permanence of implicit learning.
Cognitive modelling and analysis of joint improvisation modality using the experimental data
How does physical interaction affect predictive behavior in biological movements? In this thesis, the movements of human and mammalian neural network-inspired virtual players are observed with improviser and follower models using the mirror game paradigm joint improvisation modality. The main purpose of this thesis is to show the improvement of motion estimation in humans by using different haptic information scenarios. Using mathematical metrics, higher complexity of tactile interaction between improvisers has enhanced improvisation performance over two suggested set-ups.
Fire detecting robot system with GSM technology
The dramatic increase in forest fires in recent years has highlighted the issue of late detection. Fires not only harm the environment, but they also kill people and destroy property. The fire's rapid expansion makes it almost impossible to control. As a solution, fire robots were developed, and an attempt was made to solve the problem by giving early diagnosis. The goal of this study was to design a robot that detects flames, read the environment temperature and humidity and notify their position. The system incorporates a fire sensor for detection, together with a NO6M GPS module and a SIM800L module for communication.
Hibrit elektrikli araçların sinyalize kavşaklarda optimum eko-sürüş kontrolü
Hareketlilik, insani gelişme döngüsünde her zaman çok önemli bir rol oynamıştır. Neredeyse her çağda, insanlar; insanları uzun mesafelerde mümkün olan en yüksek hızda taşımak için araçlar üretmeye çalışmıştır. Kendinden tahrikli bir "otomobil" vizyonunu gerçeğe dönüştürmek için sıvı yakıtlarla çalışan güvenilir içten yanmalı motorların geliştirilmesi ihtiyacı doğmuştur. (Yunanca: otos = self-ve Latince: mobilis = mobile). Bu tez çalışması, trafik ışıklarına bağlı hibrit araçlar için hız planlaması sorununa odaklanmaktadır. Yoldaki kavşaklarda trafik ışıklarının zamanlamasının belirsizliği göz önünde bulundurulmaktadır. Ekonomik sürüş sorunu, güçlü bir veriye bağlı optimizasyon sorunu olarak formüle edilmiştir. Etkili kırmızı ışık süresi (ERD), sinyalize kavşaklardan tahmini geçen zamanı tanımlamak için rastgele bir değişken olarak formüle edilmiştir. Belirsiz sinyal zamanlamasına göre sağlamlığı dahil etmek için en uygun kontrol problemine eklenen bir rastgele kısıtlaması mevcuttur. Bu da sinyallerle kesişme noktalarından olası geçiş süresini açıklamaktadır. Tipik olarak, bir ERD'nin gerçek olasılık dağılımı bilinmemektedir. Optimizasyon problemini çözmek için dinamik programlama (DP) kullanılmaktadır. Söz konusu sistem, bu sorunu çözmek için büyük ölçüde yapay zekaya güvenmektedir. Sistem hesaplamalar üzerinde kendiliğinden çalışarak en yüksek yakıt ekonomisi derecesine ulaştığınızdan emin olarak yeşil ışık zamanında kavşaklardan geçme süresini tahmin edecektir. Son olarak, simülasyondan sonra, 50-60 % daha düşük yakıt tüketimi ile optimum hız için referans yolları üretmesi beklenmektedir.
Pozisyon verisi ile kontrol edilen altı eksen endüstriyel robot makine besleme uygulaması
Robotik otomasyon projelerinde projenin farklı ürün ve durumlara adapte edilmesi oldukça zaman alır. Ayrıca bu değişiklikler bilinçli kişiler tarafından yapılmaz ise kazalara sebep olmaktadır. Bu tez çalışmasında değişken ürünlere kolay geçiş sağlanması için pozisyon değerlerinin dışarıdan gönderildiği bir robot projesi oluşturulmak istenmiştir. Böylece robot programları, fabrika değil ofis ortamında daha bilinçli kişiler tarafından oluşturulabilecektir. Çalışma için değişken pozisyon değerlerine göre çalışabilecek robot programları ve robotun dışarıdan kontrol edilmesi için gerekli olan alt yapı simülasyon ortamında kurulmuştur. Bu simülasyon Modbus protokolü üzerinden haberleşmeye uygun hale getirilmiştir. C# programlama dili kullanılarak Modbus protokolü üzerinden robota pozisyon değerlerini gönderen ve robotu kontrol eden bir arayüz oluşturulmuştur. Simülasyon ve arayüz programı gerçek dünyaya birebir uygun şekilde birbiri ile haberleştirilmiştir.
Buji ateşlemeli motorlarda benzin alkol karışımlarının kullanımının motor performansına etkisinin teorik incelemesi
Dünya ve ülkemizin enerji sorunu ve küresel ısınmayla ilgili endişeler, araştırmacıları temiz alternatif enerji kaynaklarını araştırmaya yöneltmiştir. Dünya genelinde çok çeşitli alanlarda yaygın şekilde kullanılan kullanılan içten yanmalı motorlar, önemli miktarda enerji tüketen makinelerdir. Bu motorlardan en önemlilerinden birisi bujili ateşlemeli (benzinli) motorlardır. Bujili ateşlemeli motorlarda yakıt olarak kullanılan benzinin, bir kısmının yerine alkol yakıtların kullanılması konusunda çok sayıda araştırma yapılmış ve yapılmaktadır. Çalıştırmalarda, genelikle etanol, methanol, butanol ve propanol alkolleri çeşitli yöntemlerle yakıt olarak kullanılmaktadırlar. Alkoller, bugüne kadar benzinin oktan sayılarını arttırmak için katkı maddesi olarak kullanıldığı bilinmektedir. Bu çalışmada, özellikle Türkiye'de üretim potansiyeli yüksek olan etanolün (etil alkol) ve diğer alkollerin yüksek oranlarda yakıt olarak kullanılması teorik olarak incelenmiştir. Alkoller, yüksek oksijen içeriklerine sahip olmalarına rağmen benzine çok yakın yanma ve tutuşma özelliklerine sahiptirler. Daha verimli yanma, daha az hava kirliliği yaparlar. Bu da zararlı motor emisyonlarının azalmasına neden olmaktadır. Etanol, metanol, bütanol ve propanol alkollerin benzinle çeşitli oranlarda ve farklı saflıklarda (%100, 90, 80) karışımlarının motor hava tüketim miktarları üzerine etkileri ve diğer yakıtsal özelliklerin değişimlerin üzerine etkileri incelenmiştir. Ayrıca, bu değişimlerin motor verimi, fren torku, fren gücü, yakıt tüketimi (FC), özgül yakıt tüketimi (bsfc) gibi parametrelere etkileri ile egzos emisyon özelliklerine (COx, NOx) olabilecek etkileri teorik olarak incelenmeye çalışılmıştır. Benzine çeşitli alkollerin karıştırılması veya farklı yöntemlerle (ikili yakıt sistemleri gibi) benzin ile birlikte yakıt olarak kullanılması, motor performans değerlerinde, örneğin; torkunda azalma, yakıt ve özgül yakıt tüketiminde artma, motor veriminde oktan sayısının artışı paralelinde kısmen artma olabileceği yapılan teorik ve uygulamalı çalışmalardan anlaşılmaktadır. Benzinli motorlar, yol ve yük durumuna göre bilinen oranlarda zengin ve fakir hava/yakıt oranlarında çalıştırılmaktadır. Bu oran yaklaşık 0,85 – 1,2 arasında değişmektedir. Benzine çeşitli oranlarda ve saflıklarda alkol ilave edildiğinde, hem yakıtın yakıtsal özellikleri değişecek, hem de yakıtın yanması için gerekli hava miktarları değişecektir. Bu değişim miktarları teorik hesaplar ile belirlenmeye çalışılmıştır. Değişen bu yakı özellikleri, motor hava ve yakıt sistemlerinde bazı değişiklikleri ve yeni tasarımları da gündeme getirecektir. Motorlarda, benzinle birlikte kullanılacak farklı oran ve saflıktaki alkollerin motor parametreleri ve egzoz emisyonları üzerine olacak etkileri tahmin edilmeye çalışılmış, yapılan uygulamalı çalışmalarla karşılaştırılmıştır. Bu çalışmada, alkollerin kullanımı ile azalan hava miktarları teorik olarak belirlenmiştir. Benzine alkol (etanol, methanol, butanol ve propanol) ilavesiyle, motorun fren ısıl veriminde ve fren özgül yakıt tüketiminde artış, karbon monoksit (CO) ve nitrojen oksitlerin (NOx) emisyonunda bir azalma olduğunu görülmüştür.
6 serbestlik derecesine sahip sistemin yazılımsal ve donanımsal olarak optimizasyonu
Paralel mekanizmalar, günümüzde askeri, cerrahi ve endüstriyel alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Paralel mekanizmalı sistemler, genel itibari ile en az iki çalışma uzayı üzerinde bulunan rijit cisimlerin belirlenmiş koordinat merkezleri arasında çalışan kinematik zincirlerdir. Örnek olarak, Stewart Platform Mekanizmasının (SPM) 6 serbestlik derecesi bulunmaktadır. Stewart Platform Mekanizmaları genellikle sabit alt plaka ve hareketli üst plaka arasında değiştirilebilir uzunlukta kolları içeren yapılardır. Bu çalışmada, kol uzunluklarını ve kolların bağlantı noktaları arasındaki mesafeyi değiştirerek sistemi farklı çalışma uzaylarında hareket ettirebilecek bir modele dayalı yazılımsal prototip oluşturulmuş ve çalışma uzayı incelenmiştir. Tez çalışmasında prototipi geliştirilen 3B modelin platform hareketlerine göre, piston hareketlerinin pozisyonları ters kinematik yöntemler kullanılarak hesaplanmıştır. Ters kinematik yöntemler, bir sistemdeki son işleyicinin konumunu ve sistemdeki eyleyicilerin bu konuma göre pozisyonlarını hesaplayan, başlangıç koşullarını bulmaya yarayan bir yöntemdir. Bu hesaplamalar sonucunda, masaüstü GUI uygulaması (Java programlama dilinde yazılmış bir arayüz uygulaması) kullanılarak bir görsel simülasyon oluşturulmuştur. Oluşturulan yazılım ile istenilen parametrelerde ayarlanan SPM için nokta bulutu metodu kullanılarak çalışma uzayı analizi yapılmıştır. Ayrıca oluşturulan yazılım istenilen açısal ve doğrusal hareketleri arayüz üzerinden kontrol etmeye olanak tanır. Bu simülasyonun JAVA programlama dilinde oluşturulmasında JZY3D adlı bir kütüphane kullanılmıştır. Bu kütüphane, 3B grafikler oluşturmaya ve bu grafikleri görselleştirmeye yardımcı olan bir araçtır. Bu çalışmada stewart platform mekanizmasının tasarım parametrelerindeki değişikliklerin çalışma uzayı şekli ve hacmine olan etkisi nokta bulutu yöntemi kullanılarak incelenmiş. Örneklem olarak alınan platform tasarım parametleri simülasyon yazılımına girdi olarak verilmiş ve nokta bulutu oluşturulmuştur. Tez çalışma içerisinde görsel ve sayısal sonuçlar alınmıştır.
Evertör ve invertör kas disfonksiyonunda kullanılmak üzere tasarlanmış ayak egzersiz aparatının mevcut özelliklerinin değerlendirilmesi ve geliştirilmesi
Doğuştan çarpık ayak deformitesi – Clubfoot – tüm dünyada en sık karşılaşılan ayak deformitelerinden biridir. Bu hastalıkta görülen ayaktaki şekil bozukluğu güncel tedavi yöntemleri ile bir şekilde düzeltilse de birçok hastada zamanla ayak evertör kas zayıflığına bağlı olarak yan basarak yürüme – dinamik supinasyon – sorunu ortaya çıkmaktadır. Günümüzde çocuklarda ayak evertör kaslarını güçlendirecek etkili bir fizik tedavi ya da egzersiz yöntemi bulunmamaktadır ve cerrahi tedavilere ihtiyaç duyulmaktadır. Özellikle çocukların doğru ve etkili bir biçimde egzersizleri yapamaması ve ameliyat sonrasında yeniden nüksetmesi söz konusudur. Bu nedenlerle bu kasların güçlendirilmesi ve gerekli egzersizlerin doğru ve etkili bir biçimde yapılabilmesi için farklı ve etkin yaklaşımların geliştirilmesine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu konu paralelinde, tez çalışmamızda, Doç. Dr. Osman Nuri Özyalvaç tarafından yürütülen TEYDEB 1507 Programı, 7201279 sayılı proje kapsamında üretilmiş olan prototip ayak egzersiz aparatı (Pedped1) üzerinde ilave çalışmalar sürdürülmüştür. Bu kapsamda geliştirilen aparat detaylı şekilde incelenmiş ve evertör kas güçlendirmesinde daha etkin bir şekilde kullanılması için çalışmalar yapılmıştır. Ek biyomedikal cihaz tasarımı yapılmış ve mekatronik yaklaşımlar uygulanarak üretilen aparatın daha etkin kullanılacak şekilde geliştirilmesine çalışılmıştır. Tez çalışmasının ilk basamağında, aparatın kullanılması sırasında yaşanan sorunlar tespit edilmiştir. Bu sorunları gidermek ve aparatı daha etkin bir şekilde kullanılacak duruma getirmek için, çalışmalarımız sırasında (1) prototipin mekanik tasarımı ele alınmış, serbestlik derecesi reel ve dijital ortamda hesaplanmış, (2) prototipin imalatında kullanılan malzemeler incelenmiş ve 3 boyutlu (3B) yazıcı ile üretilmesi için uygun bir malzeme çeşidi belirlenmiş, (3) kumanda tasarımı ve kablosuz bağlantısı kontrol edilmiş ve son olarak (4) prototipe dair veriler değerlendirilerek optimum tasarım Pedped2 3B yazıcı ile üretilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre; (1) prototipin serbestlik derecesi 27.4 iken tasarlanan yeni aparatta bu değerler 31.8 olmuştur, (2) 3B yazıcı ile üretilmesi için Tough PLA malzemesi uygun görülmüş, böylece hafif, kullanımı ve üretimi kolay bir aparat elde edilmiştir, (3) kumanda tasarımı, kablosuz bağlantı için bluetooth bağlantıları incelenmiştir, (4) klinik kullanıma uygun olacak şekilde bu yeni tasarımın kullanımı ve üretimi kolay, hafif gibi özelliklerinin öne çıktığı belirlenmiştir, (5) son olarak ise yeni tasarımın daha iyi bir performans gösterebilmesi için ağırlık merkezinin dağıtılarak boyutunun optimize edilmesine yönelik çalışmalara ağırlık verilmesinin uygun olacağına kanaat getirilmiştir. Çalışmamızda ilk kez olarak evertör ve invertör kas disfonksiyonu için kullanılabilecek ortopedik bir aparatın geliştirilmesine yönelik tasarımsal ve mekatronik bir yaklaşım ortaya konmuştur. Ayrıca bu çalışmada elde edilen sonuçlar TÜBİTAK tarafından yayınlanan Ulusal Bilim ve Teknoloji Politikaları 2003 – 2023 Strateji Belgesinde belirtildiği üzere "sağlık alanında, ülke sınırları içinde yaşayan herkese, her yerde ve her zaman, çağdaş teknolojiyle donatılmış, yaşam bilimleri alanındaki yeniliklere uyum yeteneğine sahip, yüksek nitelikli, ekonomik sağlık hizmetleri sağlamak; yaşam bilimleri ve biyoteknoloji alanlarında yetkinlik kazanarak, yüksek teknolojili tedavi sistemlerini ve bu amaçla kullanılan malzeme ve cihazları geliştirmek ve üretmek" amacına da katkı sağlamıştır.
Makine öğrenmesi yöntemiyle yenilenebilir güneş enerjisi üretiminin meteorolojik veriler kullanılarak tahmin analizi
Güneş enerji santralleri, temiz ve sürdürülebilir enerji taleplerini karşılama konusunda önemli bir rol oynar. Ancak değişken hava koşulları, mevsimsel etkiler ve benzeri faktörler, fazla üretilen enerjinin depolanması veya eksik enerjiden kaynaklanan maliyetlerle sonuçlanabilir. Bu durumlar, güneş enerjisi üretiminde verimsizliklere yol açabilir. Güneş enerjisi verilerinin meteoroloji verileri ile birleştirilmesi, makine öğrenmesi teknikleriyle güneş enerjisi üretimini tahmin etmek, sistem verimliliğini artırmak ve daha sürdürülebilir enerji stratejileri geliştirmek için önemli bir kaynak sunar. Bu çalışmanın temel amacı, enerji sektöründe verimliliği artırmak ve enerji üretimini optimize etmek için güneş enerji panellerinden elde edilen enerji ile meteorolojik verileri kullanarak makine öğrenmesi yöntemleriyle, Rastgele Orman, Karar Ağaçları, K-En Yakın Komşu, Çoklu Doğrusal Regresyon, Ridge Regresyon, Lasso Regresyon, Doğrusal Regresyon, tahminler yapmaktır. Ayrıca, kullanılan makine öğrenmesi yöntemlerinin sonuçlarını değerlendirmek için R2, MSE, RMSE, MAE hata performans analizleri kullanılmıştır. Bu çalışma, mevcut modellerin elde ettiği sonuçları değerlendirerek başarılarını karşılaştırmayı amaçlamaktadır. Rastgele Orman Algoritması, en yüksek R2 puanı olan 0.968420, en düşük MSE değeri olan 0.000764 ve en düşük MAE değeri olan 0.012567 ulaşarak en başarılı algoritma olarak öne çıkmaktadır. İkinci sırada ise Karar Ağaçları algoritması gelmektedir. Diğer algoritmalar başarısı sırasına göre şu şekildedir; Çoklu Doğrusal Regresyon, K-En Yakın Komşu, Ridge Regresyon, Lasso Regresyon ve Doğrusal Regresyon. Bu sonuçlar, çalışmanın temel bulgularını yansıtmaktadır.
Gripper mekanizmalı hexacopter yapısındaki döner kanat insansız hava aracının tasarımı ve incelenmesi
İnsansız hava araçları günümüzde askeri, tarım ve zirai, kargolama, haritalama ve fotoğrafçılık gibi alanlarda kullanılmaktadır. Bu alanlarda kullanılan hava araçları kumandalı ya da otonom bir şekilde hareket etmektedir. Bu tez çalışmasında özgün bir tasarım yapılarak hexacopter yapısında döner kanat insansız hava aracı 3B CAD programı olan Solidworks üzerinde tasarlanmıştır. Tasarım bittikten sonra ANSYS programı kullanılarak statik analiz kısmında deformasyon analizi, gerilme ve gerinim analizleri yapılmıştır. Analizlerden ve gerçek uçuş testlerinden elde edilen sonuçlar çerçevesinde tasarım da revizyon yapılıp imalatına başlanmıştır. Hexacopterin mekanik montajı için gerekli olan kanat, gövde ve iniş sistemini oluşturan parçalar hafif, mukavemeti ve korozyon dayanımı yüksek olan karbon fiber plaka ile karbon fiber borulardan imal edilmiştir. Elektronik ekipmanların ve imal edilen parçaların birleştirilmesi için gerekli olan parçalar 3B yazıcıdan basılmıştır. Gövde yapısını oluşturan alt ve üst gövde parçalarının birleştirilmesi için taşıyıcı parça olarak 304 kalite paslanmaz çelik malzemeden imal edilen 6 adet mil kullanılmıştır. Mekanik parçalar ile paralel olarak elektronik parçaların da montajı yapılmıştır. Oluşturulan bu sistemlerin birleştirilmesinde ağırlık merkezi göz önünde bulundurularak hava aracının montajına özen gösterilmiştir. Bu bütünleşik sistemin uçabilmesi için uçuş kontrolcüsü olarak Pixhawk 2.4.8 kullanılmıştır. Uçuş kontrolcüsü üzerinden motor, ESC (Electronic Speed Controller, Elektronik Hız Kontrolcüsü) kalibrasyonları, uçuş kontrolcüsünün kalibrasyonu ve GPS (Global Positioning System, Küresel Konumlama Sistemi) kalibrasyonu yapılmıştır. Uçuş kontrolcüsü üzerinden uçuş için gerekli modların ayarları yapılmıştır. Bu ayarların ardından uçuş testleri için gerekli hazırlıklar yapılıp uçuş testleri ve gerekli optimizasyonlar yapılmıştır. Özgün olarak tasarlanmış olan hexacopter yapısındaki döner kanat insansız hava aracına entegre edilen tutucu sistem daha çok bilinen ismiyle gripper mekanizması hava aracına takılmadan önce dışarıda montajı yapılıp entegre edilmiştir. Bu işlemden sonra gripper mekanizması üzerindeki servo motorun pin kablosunun uçuş kontrolcüsüne bağlantısı yapılmıştır. Uçuş kontrolcüsü üzerinden kumanda üzerinde bulunan switchlerden birine ataması yapılarak gripper mekanizmasının kontrolü kumanda ile sağlanmıştır. Gripper mekanizması entegre edildikten sonra da uçuş testleri yapılıp iyileştirmeler üzerinde de durulmuştur. Anahtar Kelimeler: Özgün tasarım, Analiz, 3B yazıcı, Hexacopter, Gripper mekanizması, Karbon fiber, PLA
PLC ve SCADA entegrasyonu ile ping tabanlı endüstriyel cihaz ve makine durum izleme sistemi
Bu tez çalışmasında, endüstriyel tesislerde bulunan cihaz ve makinelerin çalışma durumlarının canlı olarak izlenmesi için ping teknolojisi kullanılarak yeni bir sistem geliştirilmiştir. Sistem, Python programlama dili kullanılarak oluşturulan bir yazılımla devreye alınmıştır. Böylece cihazların ve makinelerin, ağdaki IP adreslerine düzenli aralıklarla ping atılarak, aktif veya pasif durumda oldukları belirlenebilmektedir. Başarılı ping sonuçlarında, tesisin bağlı olduğu PLC (Programmable Logic Controller) üzerindeki belirli veri bloklarındaki adresler setlenirken, başarısız sonuçlarda ise bu adresler resetlenir. Bu bilgiler, SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) sistemi aracılığıyla operatörlere panelde yansıtılır ve herhangi bir arıza veya durma durumunda anında müdahale imkanı sağlar. Bu proje, endüstriyel otomasyonda makine ve diğer cihazları izleme süreçlerinin etkili bir şekilde gerçekleşmesini sağlayarak, üretim süreçlerinde verimliliği ve enerji tasarrufunu artırmayı hedeflemektedir. Geliştirilen sistem, ağ altyapısı olan herhangi bir tesiste uygulanabilir olup, bakım ve onarım süreçlerini hızlandırarak arıza kaynaklı üretim kayıplarını minimum seviyeye indirmeyi amaçlamaktadır. Bu sistem, mevcut yöntemlere göre daha düşük maliyetle kurulum ve kullanım imkânı sunar. Bu çalışmada, sistemin tasarım ve geliştirme süreçleri detaylı bir şekilde ele alınmış ve sahada uygulanmıştır. Ayrıca sistem performansı çeşitli testlerle değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlar, oluşturulan bu sistemin endüstriyel ortamlarda cihaz ve makine durumlarının izlenmesi konusuna önemli bir katkı sunduğunu göstermektedir.
Pasif ve aktif süspansiyon sistemlerinin farklı araç hızlarına ve sönüm katsayılarına bağlı olarak karşılaştırılması
Aktif süspansiyon sistemleri, otomotiv endüstrisinde konfor ve yol tutuş performansını aracın yol ve yük şartlarına göre optimize etmek için geliştirilen yenilikçi teknolojilerden biridir. Geleneksel pasif süspansiyonlara göre daha karmaşık olan bu sistemlerin tasarımı ve analizleri önemli bir mühendislik çalışması gerektirir. Aktif süspansiyon sistemlerinin bilgisayar ortamında analizi, modern mühendislik yazılımları ve simülasyon teknikleri ile gerçekleştirilmektedir. MATLAB/Simulink gibi yazılımlar, sistem modellerinin oluşturulması, kontrol algoritmalarının tasarımı ve performans ölçümü için yaygın olarak kullanılır. Çeyrek taşıt modeli, aktif süspansiyon sistemlerinin analizi için en yaygın tercih edilen matematiksel modellerden biridir. Bilgisayar ortamında analizin temel amacı, sistemin kararlılığını ve sürüş konforunu optimize etmektir. Aktif süpansiyon sistemlerinde, PID kontrol algoritması kullanılmıştır. Bu algoritmalar, yol yüzeyi şartlarına ve aracın hareketine hızlı bir şekilde tepki veren kontrol sinyallerini üretir. Bu çalışmada, MATLAB Simulink kullanılarak farklı araç hızları (5 km/h, 25 km/h, 55 km/h) ve farklı sönüm katsayıları altında pasif ve PID kontrollü aktif süspansiyon sistemleri karşılaştırılmıştır. Çeyrek taşıt modeli temel alınarak yapılan simülasyonlarda, pasif süspansiyon sisteminin belirli hız ve sönüm katsayılarında optimum performans gösterdiği, ancak aktif süspansiyon sisteminin daha geniş bir hız aralığında, gövde yer değiştirmesi ve ivmelenme açısından üstün olduğu gözlemlenmiştir. PID kontrollü sistemin, yol bozukluklarına daha da hızlı tepki vererek titreşimleri azalttığı ve sürüş konforunu artırdığı tespit edilmiştir. Bununla birlikte, aktif süspansiyonun enerji tüketimi ve maliyet açısından değerlendirilmesi gerektiği vurgulanmıştır.
İki uzuvlu bir robot kolunun pozisyon kontrolü için optimize edilmiş PID kontrolcü tasarımı
Günümüz teknoloji çağında robot kolları hayatımızın her alanında etkin rol almaktadır. Gelişen endüstri ile birlikte robot kollarının önemi her geçen gün artmaktadır. Robot kollarının çalışmasındaki en zor kısımlardan biri kontrolüdür. Robot kolunu istenilen şekilde hareket yapması istenirse kontrolü büyük önem göstermektedir. Bu tez çalışması kapsamında, mikro denetleyici ile iki uzuvlu bir robot kolunun optimize edilmiş oransal integral türevsel denetleyici (PID) ile kontrol optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. İki uzuvlu bir robot kolunun kontrolü için gerekli olan kinematik işlemler Arduino Matlab Destek Paketi (support Package for Arduino) kullanılarak geliştirilmiştir. Bu çalışmada doğru akım (DA) fırçalı bir motor için transfer fonksiyonu motor veri sayfasında verilen değerler kullanılmıştır. Kontrol sistemi için geri bildirim alan etkili enkoder sayesinde elde edilmiştir. İki uzuvlu robot kolunu oluşturan her bir eksendeki motor için ayrı ayrı konum kontrolü gerçekleştirilmiştir. Her bir motor için gerçekleştirilen konum kontrolünde parçacık sürü, yapay arı koloni ve kaos oyun optimizasyon algoritmaları ile kontrolcü parametreleri tespit edilmiştir ve robot kolu üzerinde belirlenen referans konum değeri ile elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Bu tez çalışmasında konum kontrolünden sonra belirlenen referans şekil olarak belirlenen kare ve daire yörüngesi takibi iki uzuvlu robot kolu ile gerçekleştirilmiştir. Kare ve daire yörünge için tasarlanan PID kontrolcünün parametreleri yine parçacık sürü, yapay arı koloni ve kaos oyun optimizasyon algoritmaları ile elde edilmiştir. Her bir optimizasyon algoritması sonucu elde edilen PID parametreleri ile kare ve daire yörüngelerinin gerçekleştirilmesi gerçek zamanlı olarak yapılmış ve başarılı sonuç elde edilmiştir. Her bir yörünge için yapılan üç adet meta sezgisel optimizasyon algoritması sonucu yörünge takibi ve elde edilen kontrolcü parametreleri kontrolcü üzerinde gerçekleştirilerek optimizasyon algoritmaları karşılaştırılmıştır.
Oksijen saturasyonu, nabız ve sıcaklık değerlerini izlemek için giyilebilir cihaz ve mobil uygulamanın geliştirilmesi
Covid-19 virüsü tüm dünyayı kritik bir şekilde etkisi altına almıştır. Yayılma hızı ve sürekli değişen özelliği nedeniyle milyonlarca insanı etkilemiş ve milyonlarca da can almış tehlikeli bir virüstür. Hastalığın etkisini azaltmak ve kontrol altına almak için uygulanabilir çözümlerden biri potansiyel enfekte hastanın önceden belirlenmiş bir konumda karantinaya alınmasıdır. Fakat bazı Covid-19 hastaları kendilerini iyi hissettikleri bir anda "sessiz hipoksi" adı verilen ve sonucunda ciddi solunum sıkıntılarına sebep olabilen bir komplikasyon geçirebilirler. Bu tez çalışmasında karantinadaki Covid-19 hastasının hayati değerlerini ölçmek ve sessiz hipoksi riskini düşürmek için bir bileklik ve parmaklık ile bu cihaz ile senkronize çalışan bir mobil uygulama geliştirilmiştir. Bileklik ve parmaklık; vücut sıcaklığı, nabız ve SpO2 değerlerini ölçmek için çeşitli medikal sensörleri, bir mikrodenetleyiciyi ve bir bluetooth modülünü içermektedir. Geliştirilen mobil uygulamayla anlık veya programlanabilen belirli aralıklarla vücut sıcaklığı, nabız ve SpO2 ölçümü yapılabilmektedir. Ölçülen bu değerler kaydedilip üzerlerinde çeşitli analizler gerçekleştirilebilmektedir. Ayrıca sonuçlar istenilen kişiye veya ilgili hekime e-posta aracılığıyla gönderilebilmektedir. Mobil uygulama arayüzünün basit ve kullanımının kolay olmasına özellikle dikkat edilmiştir. Bileklik ve parmaklık ile akıllı mobil cihaz arasındaki iletişim bluetooth üzerinden yapılmıştır. Akıllı mobil cihaz, geliştirilen mobil uygulama aracılığıyla kayıt, kontrol ve gösterge cihazı olarak kullanılmıştır. Böylece, bileklik ve parmaklık kullanıcısının hayati değerleri anlık olarak izlenebilmiştir. Hatta, holter cihazı gibi, hayati değerlerin günün belirli zamanlarında ve belirli aralıklarla kayıt altına alınması sağlanabilmiştir. Hayati değerler ön tanımlı risk seviyesine ulaştığında veya geçtiğinde alarm sesiyle bildirim yapılabilmektedir. Geliştirilen cihaz; vücut sıcaklığı, nabız ve SpO2 değerleri için hem bir ölçüm aleti hem de bir holter özelliği taşımaktadır. Bu özellik hastane veya ev ortamında hem hasta hem de yakını tarafından aktif olarak kullanılabilir. Geliştirilen cihaz, ticari bir pals oksimetreyle karşılaştırılarak test edilmiştir. Her iki ölçüm cihazıyla farklı kişilerden yapılan SpO2 ölçümlerinde en fazla %3.1, nabız ölçümlerinde ise en fazla %6.8 hata değerlerine ulaşılmıştır. Vücut sıcaklığı ölçüm testlerinde %0.2 - %1.0 hata değerleri gözlenmiştir. Bu testler uzman bir sağlık personeli gözetiminde yürütülmüş ve hata değerleri ticari pals oksimetre referans alınarak hesaplanmıştır. Covid-19 virüsü Aralık 2019'da Vuhan'da ortaya çıkmış ve o günlerden itibaren tüm dünyayı etkisi altına almıştır. Aşılama çalışmaları pandeminin etkisini azaltsa da Delta, Omikron gibi mutant virüslere karşı belirsizlik hâlâ devam etmektedir. Bu belirsizlik, Covid-19 hastalığına yakalananların belirli bir süre daha hayatımızda olacağı anlamına gelmektedir. Geliştirilen bileklik ve parmaklık ile mobil uygulamayla karantinadaki hastaların hayati değerlerinin uzaktan sürekli olarak izlenmesi hastalığın diğer hasta yakınlarına bulaşma riskini azaltacaktır. Ayrıca sunulan sistemle sessiz hipoksi gibi ciddi durumlara karşı önlem alınmıştır. Gerçekleştirilen çalışma akıllı mobil cihazlar kullanılarak yapılması düşünülen Covid-19 ile ilgili diğer teletıp sistemlerine örnek teşkil etmektedir.
Derin öğrenme yöntemi ile idrar sediment görüntülerindeki hücrelerin tespiti ve sınıflandırılması
Günümüzde, doktorlar tarafından en sık istenilen testlerden biri de idrar testidir. Bunun en büyük nedenlerinden biri idrarın insan metabolizması hakkında birçok bilgiyi içermesidir. Diğeri ise örnek alımının oldukça kolay olmasıdır. Alınan örneklerin analizi için tam otomatik idrar analizörleri kullanılmaktadır. Fakat bu analizörlerin birçoğu sonradan öğrenme yeteneğine sahip değildir. Yani, daha önceden tanıtılmayan bir maddenin cihaza öğretilmesi zordur. Bu cihazlar analiz esnasında, genellikle, kenar ve renk tespiti gibi ilkel görüntü işleme algoritmalarını kullanırlar. Bu algoritmalar, hava kabarcığı gibi fiziksel nesnelerin ölçüme dahil edilmesine neden olurlar. Bu da testin doğruluğu açısından, laboratuvarda çalışan laborantlar için oldukça problemli bir durumun ortaya çıkmasına neden olur. Bu tez çalışmasında, yukarıda bahsedilen idrar analizörlerindeki problemlere derin öğrenme yöntemi ile çözüm bulunmaya çalışılmıştır. İkisi hazır biri ise idrar analiz cihazından olmak üzere üç farklı veri kümesi elde edilmiş ve bu veri kümeleri üzerinde birtakım deneyler uygulanmıştır. Bu deneyler sonucunda, eritrosit tespitinde %94, lökosit tespitinde ise %87 seviyelerine ulaşan bir doğruluk oranı elde edilmiştir. Böylece, insan idrarındaki partiküller YOLOv7-tiny derin öğrenme modeli kullanılarak başarıyla tespit edilmiştir.
Ekstremum arama metodu ve elektrik sürücü sistemlerinde uygulamaları
Bu çalışmanın amacı Elektrik Sürücü Sistemlerinde Ekstremum Arama Metodu (ESC) ile performans iyileştirilmesinin sağlanmasıdır. Bu amaca yönelik olarak öncelikle Ekstremum Arama Metodu üzerinde durulmuş, kontrol yapısının hangi farklı yaklaşımlarla oluşturulduğu anlatılmıştır. Literatürde yer alan farklı tipteki ESC algoritmaları Analog Tabanlı ESC Kontrolü ve Sayısal Optimizasyon Tabanlı ESC Kontrolü ana başlıkları altında incelenmiştir. Analog Tabanlı ESC Kontrolü ana başlığı altındaki yöntemler olan Kaydırma Modu Tabanlı ESC, Eğim Tabanlı ESC ve Bozucu Sinyali Tabanlı ESC yöntemleri ayrı ayrı tanıtılmıştır. ESC kontrol algoritmasının gerçek zamanlı optimizasyon yapılmak amacıyla kullanıldığı sistemler uygulama örnekleri verilerek aktarılmıştır. Uygulama örnekleri, literatürde ESC'nin en yaygın olarak araştırılan konular olan otomobillerdeki "Blokaj Önleyici Sistem (ABS) ile güneş enerjili alternatif enerji kaynaklarının verimini arttırmak için kullanılan "En Yüksek Güç Noktası Takibi" (MPPT) uygulamalarıdır. Literatürde yer alan bu uygulama örneklerinin sonuçları üzerinden edinilen izlenimler ve karşılaştırma sonuçları doğrultusunda tez çalışmasına şekil verilmiştir. ESC kontrol tekniklerinin incelenmesiyle, elektrik sürücü sistemlerinde gerçek zamanlı optimizasyon yöntemi olarak sadece ESC'nin kullanılmasının yetersiz olabileceği sonucuna varılmıştır. Bu doğrultuda başka bir optimizasyon yapısı olan Model Öngörülü Kontrol (MPC) konusu incelenmiştir. MPC'nin kullanımı araştırılmış ve gerçek zamanlı optimizasyon yöntemi olan ESC ile birlikte kullanımı incelenmiştir. Daha sonra elektrik sürücü sistemlerinin tanımlaması yapılmış ve elektrik sürücü sistemlerinde günümüzde yaygın olarak kullanılan kontrol yapısı incelenmiştir. Benzer şekilde elektrik sürücü sistemi tarafından kontrol edilecek Sabit Mıknatıslı Senkron Motor (SMSM) yapısı incelenmiş ve elektriksel eşdeğer devresi üzerinden matematiksel modeli ortaya çıkarılmıştır. SMSM'e ait elektriksel, mekanik ve dinamik denklemler elde edilmiş ve bunlar durum uzay denklemi formatında ayrık zamanlı hale getirilmiştir. Böylelikle SMSM, bir kontrol algoritması tarafından kontrol edilmeye uygun şekilde ifade edilmiştir. Bu bağlamda önceki bölümlerde araştırılan MPC'nin elektrik sürücü sistemlerinde kontrolör olarak kullanılmasına yönelik simülasyon çalışması yapılmıştır. Son olarak ise elektrik sürücü sisteminin gerçek zamanlı kontrol performansının arttırılabilmesi için MPC ile ESC yönteminin birlikte kullanımının elektrik sürücü sistemlerine uygulanması simülasyon ortamında gerçekleştirilerek başarımı incelenmiştir.
Maximum torque per ampere and flux weakening control of IPM motors for electrical vehicles
Permanent Magnet Synchronous Motors (PMSM) have long been used in servo motor drives and has lately become more popular in lager motors for industrial applications. Another target application for PMSM is electric vehicles, were its small size and robustness is a big advantage compared to Induction or DC motors. This development of PMSM has been made possible according to the introduction of new magnetic materials like Neodymium Iron Boron (Nd2Fe14B) and Samarium Cobalt (SmCo5). These types of magnets have a high energy density and high resistance for de- magnetization. Previously Ferrite or Aluminum Nickel Cobalt (AlNiCo) magnet had to be used, this made the motors bulky and they were susceptible to demagnetization if the control of the motor current was incorrect. The demagnetization problem was one of the reasons that the id = 0 control strategy was adopted [2], this works well for round rotors but for a salient rotor a couple of their advantages are lost. It limits the motors speed range and the maximum efficiency cannot be reached. To take advantage of the properties of modern magnetic materials, a new approach to controlling the motors has got possible them has to be taken. The current vector control algorithm of an IPMSM in different speed operation regions were explored. Form the theoretical analyses, the optimal behavior of the IPMSM can be achieved by considering two phase control algorithm: maximum torque per ampere (MTPA) control strategy in constant torque region, flux-weakening control strategy in high-speed region. The algorithm provides robust current regulation with maximum efficiency and torque capability for IPMSM. In different regions, the optimum d-axis current command can be calculated according to different control strategy. The q-axis current command is determined from the torque command and d-axis current.
İnsansı robot kolunun optimizasyonu ve dinamika analizi
Sanayide ve günlük yaşantımızın içinde belirli görevleri gerçekleştirilmesi için tasarlanmış olan robotlar günümüzde insandan esinlenerek tasarlanmaya başlanmıştır. İnsansı robotlar günümüzde birçok disiplinde araştırma konusu olarak araştırmacıların büyük bir ilgisini çekmektedir. Günümüzde insansı robotlar askeri amaçlı, saĞlık sektöründe, sanayide ve günlük ya¸santımızda insanlara yardımcı olması için devam etmekte olan geliştirme çalışmalarının temelini oluşturmaktadır. İnsansı robotlardan, insansı hareket kabiliyeti, çeviklik, kuvvet ve dayanıklılık gibi konularda yüksek kabiliyete sahip olmaları için farklı çalışmalara halen devam edilmektedir. Bu çalı¸smada bir insansı robot kolunun tasarımı ve üretimi gerçekle¸stirilmiştir. İnsansı robot kolunun uç kısmında meydana gelen şekil değişimi değerini iyileştirebilmek için statik analizler yardımıyla belirlenen kol parçalarına parametre optimizasyon i¸slemi uygulanmıştır. İnsansı robot kolunun hareket kabiliyetini belirleyebilmek için kolun dinamik analizleri gerçekleştirilmiştir. ˙Insansı robot kolunun eklem eksen takımları belirlenmiş, motor dişli sistemi seçilmiş ve tasarımı gerçekleştirilmiştir. Tasarlanan insansı robot kolunun parçaları üretilip birle¸stirme i¸slemi yapılmı¸stır. Birle¸stirme a¸samasında kar¸sıla¸sılan zorluklara değinilmiş ve yapılan değişiklikler açıklanmıştır. İnsansı robot kolunun eklem eksen dizilimlerinin ve kol uzunluklarının insansı robot kolunun ucunun erişebildiği sınırlarına etkisini belirleyebilmek için çalışma uzayı analizleri gerçekleştirilmiştir. İnsansı robot kolunda meydana gelen ¸sekil değişimini azaltmak için statik analizler sonucu belirlenen kol parçalarına parametre optimizasyon işlemi uygulanmı¸stır. Bu parçalar, kolun sonlu elemanlar yöntemi ile statik analizleri gerçekleştirilip gerilme yığılmaları ve şekil değişimleri değerlerinden yararlanılarak belirlenmiştir. Bu parçalara kolda meydana gelen şekil değişiminin matematiksel denklemi oluşturulup parça kesit parametreleri MATLAB yardımıyla değiştirilerek sonuçlar elde edilmiş, parametre optimizasyonu işlemi uygulanmıştır. Bu çalışmada ANSYS yardımıyla parametre optimizasyon işlemi tekrarlanmıştır. Bu sayede matematiksel denklemler sonucu elde edilen değerlerin doğruluğu gösterilmiştir. Parametre optimizasyonu için ANSYS programını kullanmanın en uygun parametrenin seçilmesinde kolaylık sa˘gladı˘gı görülmü¸stür. Kesit parametrelerindeki de˘gi¸simlerin kol ucunda meydana gelen şekil değişimine, kolda meydana gelen maksimum gerilmeye ve kolun toplam ağırlığına etkisi anlatılmıştır. Bu sonuçlar doğrultusunda bu parçaların boyutlarına karar verilmi¸stir. ˙Insansı robot kolunun üzerinde kullanılacak olan motor dişli sistemi seçilmiş olduğundan tasarlanan kolun eklemlerin sahip olduğu hareket kabiliyetleri dinamik denklemler ve benzetim işlemleri ile elde edilmiştir. Bu çalı¸smada kullanılan eklemlerin çevik bir hareket kabiliyetine sahip olması beklendiğinden dolayı eklemlere uygulanan hareket profillerinin eklemlerde olu¸sturdu zamana bağlı moment değerleri benzetim işlemleri yardımıyla elde edilmiştir. ˙Insansı robot kolu belirli görevleri gerçekle¸stirmek için çoğu zaman birden fazla eklemin hareket etmesi gerekmektedir. Bu yüzden hareket eden eklem sayısının elde edilen moment de˘gerlerine etkisi gözlemlenmiştir. Hareket eden eklemlerin hareket yönlerinin benzetim işlemi yardımıyla elde edilen zamana bağlı moment değerlerine etkisi incelenmiştir. ˙Ileriki çalışmalarda gerçekle¸stirilen dinamik analizlerde kullanılan robot kolu modelinin parçalarının şekil değiştirebilir olması ile elde edilen sonuçlar için analizler tekrarlanıp sonuçlar karşılaştırılacaktır. Elde edilen bu sonuçlar yardımıyla sonlu elemanlar yöntemi ile gerçekleştirilen parametre optimizasyon işleminin tekrarlanması amaçlanmaktadır.
Dizel motor hava yolu sistemi modellemesi ve kontrolü
Dizel motorlar, Rudolf Diesel'in 1893 yılında dizel motorun patentini almasıyla, 120 yıldan fazla bir süredir kullanılmaktadır. Özellikle son 60 yıldır araç sayılarının günden güne artmasıyla birlikte araç motorlarından çevreye salınan zararlı gazlar gerek çevre koşulları gerek de insan sağlığı için tehlike oluşturmaktadır. Bu duruma bağlı olarak 1960'lı yıllardan sonra ilk olarak Amerika Birleşik Devletleri'nde olmak üzere emisyon gazlarının sınırlandırılması ile ilgili çalışmalar yapılmaktadır. Her ne kadar ilk dönemlerde basit düzenlemelerle istenilen sınır koşullarına ulaşılabilinse de özellikle son 10 yılda emisyon standartlarının yükseltilmesiyle birlikte elektronik kontrollü dizel motorların kullanılmaya başlanması kaçınılmaz bir duruma gelmiştir. Motorun farklı çalışma koşullarına bağlı olarak nasıl davranacağının analizi bir çok motor fabrikasında, motorların dinamometre testlerinin gerçekleşmesi ile yapılmaktadır. Özellikle ülkemizde dinamometre testlerini gerçekleştirmek için gerek akademik gerek de ticari alanda ciddi problemlerle karşılaşılmaktadır. Motor test sistemlerinin kurulumu için ciddi bir alt yapıya ihtiyaç olmakla birlikte, maddi anlamda da gereksinimler yüksek seviyelerdedir. Bunun yanında motor testlerinin gerçekleştirilebilmesi için zaman ve iş gücüne ihtiyaç vardır. Bu gibi durumlar dikkate alındığında motoru bilgisayar ortamında modellemek ve simule etmek gerek maddi, gerek de zaman anlamında ciddi kazançlar sağlamaktadır. Özellikle son 20 yıllık süreçte bu alanda tüm dünyada çalışmalar yapılmaktadır. Bu çalışmada motor performansını arttırmak, daha az yakıt tüketimi sağlamak ve dizel motorlardan salınan NOx gazı ve partikül maddelerin emisyon sınırlarına uymasını sağlamak amacıyla, dizel motor hava yolu sistemine yönelik modelleme ve kontrol çalışmaları yapılmıştır. Motor modeli elde edilirken gerek çok uzun simulasyon sürelerinin önüne geçmek gerek de pratik koşullara yakın sonuçlar elde edebilmek için modelin çok kompleks ya da çok basit olmamasına dikkat edilmiştir. Emme manifoldu, egzoz manifoldu, EGR , VGT ve silindir alt sistemlerinin dinamik modeli oluşturulmuş, giriş değişkenlerine bağlı olarak sistem elemanlarının davranışı analiz edilmiştir. Sistem analizlerinden sonra özellikle motor çalışma koşullarının ani değiştiği durumlardaki emisyon davranışını kontrol edebilmek için PID kontrolör tasarımları yapılmış ve sistem modelinin bu bölgelerde doğrusallaştırılmasıyla istenilen sistem davranışı elde edilmeye çalışılmıştır. Motor elektronik kontrol ünitesinin çalışmasında problem oluşturmasından dolayı her ne kadar bu alanda yapılan akademik çalışmalar olsa da yüksek seviye kontrol yöntemleri dizel motorların kontrolünde pek tercih edilmemektedir. Bu yüzden olabildiğince sistem davranışının kararlılığının bozulduğu noktalar belirlenmiş ve bu bölgelerde kontrolör tasarımları yapılmıştır. Sonuç olarak model çıkışları için istenilen seviyede sonuçlar, kontrol işaretlerinin limitleri korunarak elde edilmiştir.
Design of a modular mobile multi robot system: ULGEN (Universal-Generative Robot)
Field of robotics consists a variety of disciplines, such as mechanical, computer and electronics engineering. In a traditional design approach, a humanoid, mobile robots and industrial robots have a certain amount of actuators and sensors. These robots have pre-defined workspace and they may not have the sufficient structure to respond to the changing environments. In addition, adding actuators and sensors to the robot consider all possible failures, environment types and targeted goals may have drawbacks on both costs and complexity. Modular robot systems consist individual robotic agents, which have the capability of assembly and forming new structures. Robotic structures with conventional morphologies usually have more complicated structures compared to the modular robot systems. The modular robotic systems, having simpler structures, can adapt to different tasks, avoid obstacles, reconfigure as a structure and repair malfunctioned agents. Simplest designs have only one degree of freedom whilst it can go up to four or five degrees of freedom in systems that are more complicated. Recent studies brought up systems with different capabilities such as; self-assembly, self-reconfigurability, autonomy, mobility. However, most of the systems do not have all of these capabilities at once and the ones that have these abilities are not mobile enough to achieve locomotion sufficiently on rough and smooth terrain. In this work, a chain type self-assembly, modular self-reconfigurable robot system called ULGEN (Universal-Generative Robot) is designed and manufactured with wireless communication, localization, obstacle detection and high mobility capabilities. Presented work is a five degree of freedom system with six docking interfaces. This design configuration of the robot makes a single module adapt to different tasks, avoid obstacles and reconfigure as a structure. A single module can achieve locomotion in crawler mode and differential drive mode on its wheels. The rotating central joint brings up different capabilities, such as –(1) recovering itself if the module falls on its side and changing the locomotion type without reconfiguring the whole structure and (2) skid-steering to 4-wheel steering or insect-like four-legged robot to mammal-like four-legged robot. Localization can be used in swarm robotics applications. Modules can travel autonomously to explore ares individually and form an alternative configuration if they encounter obstacles. Once the optimal path is found or the defined target is found, the whole system can re-assemble and follow that path. All of the docking interfaces are compatible with each other and only the wheel connections require constant power supply to establish a rigid connection.
Design and control of a laparoscopic surgery device
This thesis focuses on grasping mechanism in laparoscopic surgery where an excessive grasper force can lead to an unnecessary harm to tissue. The dynamics of grasping mechanism of a conventional laparoscopic grasper is investigated analytically and experimentally. Relative error values are obtained up to %13. In this design a Nickel-Titanium based shape memory alloy actuator is used. Shape memory alloys (SMAs) are alloys, which can remember their original shape. In this thesis, SMA wire that is provided from Dynalloy, is used. This actuator is composed of a shape memory alloy wire and a linear antogonistic spring. The actuator is integrated to laparoscopic tool, instead of the conventional tool's shaft. Unlike conventional laparoscopic tools which are generally based on lever mechanism or other mechanical simple machine mechanisms, SMA actuated devices reduces surgeon's hand fatigue and by achieving this, it improves surgeon's comfort during operation due to electrical actuation system compared to manual mechanical actuation. Considering the small incisions up to 15 mm, the tool's shaft diameter must be no larger than 15 mm. Actuation mechanism is based on SMA wire which must be no longer than 300 mm. The tool's handle must be ergonomic. Due to containing electrical parts, the tool must not shock the patient and the surgeon. Additionally, voltage and current level must be as minimum as possible in electronic parts. These will lead to a surgical tool with lower power usage and lower harm risk. The grasper force is controlled through the actuator by different controllers where structure of the controller effects are examined. Force control of shape memory alloy actuator allows a force limit. This means grasper force can be controlled with no harm on the tissue. This actuator is controlling the grasping force with a PID and a SMC controller. Closed-loop dynamics of the grasper mechanism is achieved with %3.34 overshoot and zero steady state error with SMC controller. Cooling procedure is applied to actuator where the response time of the actuator greatly improves, steady-state error goes to zero.
Çimento öğütme prosesinin modellenmesi gözlemleyici ve üst denetleyici tasarımı
Çimento, suyla karıştırıldığında hidrasyon reaksiyonlarının etkisiyle sertleşen bir harç halini alan ve sertleştikten sonra, suyun altında olsa dahi, sertliğini ve kararlılığını koruyan bir inorganik malzemedir. Çimentonun kalitesi, basınç mukavemetiyle ölçülmektedir. Çimentonun kimyasal bileşimi, incelik değeri ve son ürünün partikül dağılımının basınç mukavemeti üzerindeki etkisi çok büyüktür. Çimento öğütme prosesi, çimento fabrikasındaki ana proseslerden biridir ve görevi ise, klinker ve istenilen ölçüde alçı ve katkı maddesinin harmanlanarak homojen hale getirilmesidir. Prosesin sonunda çimento elde edilir ve ürün paketleme hattına sevk edilir. Proses çok giriş çok çıkışlıdır. Girilen besleme miktarının ve ayrıştırıcı (seperatör) hızının ayarlanması ile belirli incelikte çimentonun elde edilmesi hedeflenmektedir. Proses, değirmene klinker, alçı ve istenilen çimento tipine göre katkı malzemesinin beslenmesiyle başlar. Değirmene beslenen hammaddelerin büyük bir kısmı ilk seferde homojen olarak karışmaz. Bu yüzden, karışım bir ayrıştırıcıya sevk edilir. Karışımın ayrıştırıcı motorun merkezkaç kuvvetinin etkisiyle savrulan ince kısmı çıkış hattına iletilir, geri kalanı ise değirmen girişine tekrar harmanlanmak üzere beslenir. Bu geri dönüş miktarı, besleme miktarının bir kaç katı kadardır. Dolayısıyla beslenen karışımın bir kaç kez öğütüldükten sonra ürün olarak çıkması söz konusudur. Bu da, girişin etkisinin ancak birkaç çevrim sonunda gözlenebildiği anlamına gelmektedir. Bu prosesi temsil etmek üzere prosesin daha önceki giriş çıkış değerlerini ve bozucu karakteristiğini kullanan çok giriş ve çıkışlı rastgele bozuculara haiz dinamik bir modele ve istenilen referans incelik değerlerine yaklaştırmak üzere en uygun besleme oranlarını ve ayrıştırıcı motor hızını hesaplayacak bir kontrolör tasarımına ihtiyaç duyulmaktadır. Bunun yanı sıra, otomatik partikül boyutu ve incelik ölçümü yapan sistemlerin çoğunun verimsiz çalışması ve iyi çalışan sistemlerin de çok maliyetli olması nedeniyle incelik ölçümü öngören bir sistemin de tasarlanması gerekmektedir. Tezde ilk aşamada veri toplama işlemi gerçekleştirilmiştir. Toplanan veriler işlenerek modelleme çalışmalarında kullanılabilecek hale getirilmiştir. Sonrasında ise besleme, değirmen vibrasyonu ve akımı, elevatör akımı vb. gibi giriş değerlerinin yardımıyla incelik değerini tahmini için Auto Regressive eXogenous Input (ARX), Nonlineer ARX, Temel Parçacık Analizi (PCA), Yapay Sinir Ağları (NN) ve Evrimsel Takagi Sugeno (eTS) metodları kullanılarak sistemin modeli elde edilmiştir. Yüzde uyum değeri yüksek bir model elde edildikten sonra, üst denetleyici çalışmalarına geçilmiştir. Oluşturulan model tarafından tahmin edilen incelik değeri ve diğer sistem parametreleri kullanılarak sistemin istenilen referans incelik değeri etrafında çalışmasını sağlayacak seperatör hızı ve tonaj değeri bilgilerini kullanıcıya sunan bir üst denetleyici model elde edilmiştir. Bu model, Evrimsel Takagi Sugeno (eTS) tekniği kullanılarak elde edilmiştir. Bu sistemin, gerçek zamanlı sisteme uygulanması ve sonrasında ürüne dönüştürülmesi planlanmaktadır. Üst denetleyici sistemler ile ilgili çalışmalar sürdürülmekle beraber ilk aşamada bir PID tipi denetleyici literatürde bulunan simulink modeline gömülerek denenmiştir. Bununla ilgili çalışma, "Otomasyon Dergisi" Aralık 2015 sayısında yayınlanmıştır.
Design and control of an autonomous electrical vehicle for indoor transport applications
As the need of intelligent vehicles on our roadways emerges, there is an equally important need emerges as well: The need of intelligent vehicles on areas such as university campuses, airports or shopping malls. These intelligent vehicles can help elderly, disabled, or people with heavy luggage. This thesis describes an intelligent vehicle that can be used indoor areas where pedestrians exist. The vehicle is planned to carry luggages and transport humans. Vehicle used is an electric golf cart, considering the significant advantages of less noise, no toxic gas emission and higher maneuverability. Firstly, vehicle is modified for unmanned drive. Drivers are added to control actuators on steering wheel and brake pedal. Then, main controller, dSpace MABX2 is placed. This device runs a MATLAB simulink model embedded in itself. While running, this model communicates with real world through input and output pins on the device, which are related to RTI blocks placed inside simulink model. Controllers are constructed in this simulink model and actuators were ready to control by connecting this in/out pins to related elements with cable. Other than the main controller, a separate controller, an Arduino board is used for braking, for emergency purposes. If an emergency situation occurs, if brake signal is cut off from main controller or if button on the related RC transmitter is pressed, this controller applies full braking independent of the main controller. PID controllers are preferred for steering wheel, brake and throttle unmanned drive subsystems. Indoor positioning is one of the most important problems when it comes to autonomous vehicles.There are studies proposing several computer vision based, wireless signal based etc. methods. Most accurate method is (IPS) but it is costly to set up and because of wireless signals gets weaker while passing through walls, it is not the best solution for every indoor environment. In this study, an encoder is used as main sensor for calculating position. Error caused by tire slip is very small because of the flat surface and slow move speed of the vehicle. But because of the error being accumulative, on long distance travel, real position and calculated position differ slightly. A computer vision based method similar to landmarking could be implemented in future phases to correct this difference. Environment identification and decision making is necessary for autonomous drive. For detecting obstacles and pedestrians in front of the vehicle, a LIDAR sensor is used. 3d cloud data consisting of 4 plane, can be obtained from this sensor. With the 4 plane LIDAR sensor used, it is possible to separate pedestrians from static obstacles and measure their movement speed. A second 1 plane scanning LIDAR with wide scan angle added to detect objects falling out of the 4 plane LIDAR scan angle, for the purpose of achieving more stable and safer obstacle avoidance. Avoiding obstacles is first priority for the vehicle. Some path following algorithms had been experimented on. General path following logic is based on goal points. To travel between two destinations in a known map, vehicle is given a number of goal points in proper order. Vehicle follows this points using implemented path following algorithm until the last goal point is reached. Last goal point means vehicle arrived the destination. On first experimental path following algorithm, vehicle calculates error of heading between itself and the goal point and rotates towards goal point by selecting the shortest direction, using a control logic. Moreover, vehicle constantly checks if the goal point is in vehicle's minimum turning radius. If it is, vehicle will never be able to reach it while trying to rotate towards it. Instead, vehicle maneuvers to opposite direction until the point is out of the minimum turning radius. Then rotates towards it. Second and final experiment is potential field method. A method including both path following and obstacle avoidance behaviors. Calculating pushing forces proportional to distances from objects in front of the vehicle and pulling force proportional to distance from next goal point, vehicle is able to maneuver between obstacles and reach the point. In this thesis, various stages of design and production of an autonomous vehicle, which is planned to operate in indoor environment where pedestrians exists, is explained. Sensors and mechatronic systems used for unmanned drive were presented, hardware and software used for control are discussed. Moreover, algorithms used for the vehicle to travel autonomously and and sensors used for receiving environmental data are explained. Finally, the real world driving tests performed are shown and the results were discussed.
Üç seviyeli NPC ara devreli DC/DC dönüştürücünün kontrolü ve MMA kaynak makinesi uygulaması
Kaynak, benzer alaşımlı iki malzemenin ısı ya da basınç altında birleştirilmesi işlemidir. Kaynak uygulamalarının tarihteki ilk örneklerine bronz çağından itibaren rastlanılmıştır. Bu dönemde insanlar altın malzemeleri birbiri ile kaynak etmeyi keşfetmişlerdir. Birinci Dünya Savaşı'nda ise artan silah ihtiyacının karşılanabilmesi için kaynak uygulamalarında hızla gelişmeler ortaya çıkmıştır. Günümüzde ise endüstriyel alanda meydana gelen gelişmeler ve yeni malzemelerin buluşu, kaynak yöntemlerinde de yeni gelişmelerin hızla oluşmasına imkan vermektedir. Aynı zamanda yeni kaynak metodlarının gelişmesi, kaynak güç üniteleri ve kontrollerinde de yeni gelişmelerin önünü açmaktadır. Kaynak makinelerinin gelişimine bakıldığında, çıkış özelliklerine göre sabit akım ya da sabit gerilim karakteristiği gösteren AC ya da DC tipte pek çok kaynak makinesi olduğu görülmektedir. Bilinen en basit yöntem transformatörlü kaynak makineleridir. Bu kaynak makineleri girişteki yüksek gerilimi düşürerek çıkışta kaynak için gereken yüksek akım düşük gerilime dönüştürmektedir. Sekonder tarafında kademeli olarak ya da hareketli şönt, sargı gibi yöntemlerle kesintisiz olarak kaynak akımı kontrolü sağlanmaktadır. Sekonder tarafı kontrolsüz diyotlarla doğrultularak DC bir çıkış elde edilebilir. Bu tip makineler hantal olmasının yanısıra verimleri düşüktür. Ayrıca şebeke dalgalanmalarına karşı çıkışın regülasyonu sağlanamaz. Bu nedenle SCR olarak bilinen kontrollü doğrultucular kullanılarak giriş gerilimine karşı çıkışın regülasyonu sağlanmaya çalışılmıştır. Elektriğin olmadığı alanlarda kullanım amacı ile jeneratörler ve alternatörler üretilmiştir. Bu kaynak makineleri benzin ya da dizel motorlar kullanılarak kaynak akımı üretebilmektedir. Bütün bu kaynak makinesi güç kaynakları arasında en gelişmiş teknolojilerden birisi evirici teknolojisidir. Eviricili kaynak makinelerinde şebeke frekansındaki AC gerilim doğrultulup filtrelenerek temiz bir DC gerilim elde edilir. Daha sonra yüksek frekanslarda anahtarlanarak AC gerilime dönüştürülür, transformatör sekonderinde gerilim düşürülerek kontrolsüz doğrultucularda doğrultulur ve filtrelenerek kaynak akımı elde edilir. Bu tip makineler dışarıdan gelecek gerilim dalgalanmaları gibi olaylara karşı çıkışı regüleli tutar. Kaynak makinelerinde yarım köprü, ileri yönlü ve tam köprü gibi topolojiler yaygın kullanılan izoleli evirici ara devreli DC/DC dönüştürücülerdir. Bu tip dönüştürücülerde transformatör, endüktans gibi manyetik sargılı elemanlar ile kondansatör gibi elemanların boyutları frekans arttıkça küçülür. Böylelikle hacim ve maliyet azalır, güç yoğunluğu artar. Ancak frekans artışı da başka sorunları beraberinde getirir. Bunlar anahtarlama kayıplarının artışı ve EMI gürültüleridir. Anahtarlama kayıpları, anahtarların iletim ve kesime girme durumlarında akımın ve gerilimin çakışmasıyla meydana gelen kayıplardır. Anahtar kayıpları nedeniyle verim düşer ve, gereken soğutucu boyutları artar. Bunun yanısıra diyotların ters toparlanması ve anahtarların kaçak kondansatörlerinin deşarjı da anahtarlama kayıplarına ek kayıplardır. EMI gürültüleri ise anahtarlama anlarında akımın ve gerilimin yükselme hızlarından dolayı oluşan gürültülerdir. Bu problemler sert anahtarlama yapılan devrelerde büyük problemlere neden olduğundan yumuşak anahtarlama teknikleri ortaya çıkmıştır. Bu teknikler, sıfır akımda anahtarlama (ZCS), sıfır gerilimde anahtarlama (ZVS), sıfır akımda geçiş (ZCT) ve sıfır gerilimde geçiş (ZVT) olarak sıralanabilir. ZCS tekniği, iletime girme işleminde uygulanan ve seri bir endüktans yardımıyla akımın yükselme hızının sınırlandığı bir tekniktir. ZVS tekniğinde ise elemana paralel bir kondansatör yardımıyla kesime girme anında eleman uçlarındaki gerilimin yükselme hızı sınırlandırılır. Her iki teknikte de enerji kaybı tamamen yok edilmeyip sınırlandırılmaktadır. Anahtarlama enerjisi bazı bastırma hücrelerinde harcanırken bazılarında geri kazanılabilir. ZVT ve ZCT yöntemleri ise anahtarlama kayıplarının tamamen elimine edildiği ve geri kazanıldığı, kısmi rezonans kullanılan yöntemlerdir. Yumuşak anahtarlama teknikleri sayesinde devrenin güç yoğunluğu artar, anahtarlama kayıpları ve EMI gürültüleri azalır, yüksek frekanslara çıkılabilir, devrenin hacmi azalır, verim artar ve soğutucu boyutları küçülür. Kaynak makinelerinde kullanılan ileri yönlü dönüştürücüler basit ve kontrolü kolay dönüştürücülerdir. Bu dönüştürücülerde mıknatıslama akımı her periyotta resetlenmelidir, aksi takdirde nüve doyuma gider. Tek anahtarlı ileri yönlü dönüştürücülerde nüvenin resetlenmesi için üçüncü bir sargı yer alır, ancak üçüncü sargıdan kurtulmak ve anahtar üzerine düşen gerilim pikini azaltmak için çift anahtarlı ileri yönlü dönüştürücü kullanılır. Yarım köprü dönüştürücüler de yapısı ve uygulanabilirlik bakımından kolay, kaynak makinelerinde sık kullanılan bir topolojidir. Genellikle sert anahtarlamanın kullanıldığı bu yapıda iletim anlarında primer üzerine giriş geriliminin yarısı gelirken kesim anlarında primer gerilimi boşta kalmaktadır. Bu nedenle kesim aralığında salınımlar oluşabilmekte ve gerilim kalitesi bozulabilmektedir. Ayrıca kesim anlarında kaçak kondansatör üzerinden akan akım kesintiye uğramaktadır. Benzer durum yine kaynak makinelerinde sıkça kullanılan tam köprü DC/DC dönüştürücülerde de meydana gelmektedir. Anahtarların kesim anlarında kaçak endüktans nedeniyle akmaya devam eden akım kesintiye uğrar ve kaçak kondansatörler ile kaçak endüktans nedeniyle salınımlar meydana gelir. Bu nedenle tam köprü topolojilerinde sert anahtarlama yerine yumuşak anahtarlamanın da sağlandığı faz kaydırma yöntemi kullanılmaktadır. Böylece kesime girme anlarındaki oluşan parazitik salınımların önüne geçilir, kaçak endüktans ve kaçak kondansatörler kullanılarak elemanların yumuşak anahtarlama ile anahtarlanması sağlanır. Ayrıca tam köprü dönüştürücüde serbest dolaşım aralıklarında primer gerçek sıfır gerilimde tutulur, böylelikle hem yumuşak anahtarlama kolay sağlanır hem de gerilim kalitesi mükemmel hale gelir. Yukarıda geçen topolojilerin yanında, üç seviyeli NPC DC/DC dönüştürücülerin farklı alanlarda kullanımı da gittikçe artmıştır. Özellikle yumuşak anahtarlama tekniğinin uygulanması henüz çok yeni olan bu yöntemde iletim aralıklarında primer gerilimi üzerine giriş geriliminin yarısı gelirken, serbest dolaşım aralığında tıpkı tam köprü topolojide olduğu gibi primer kısa devre edilmektedir. Böylece primer gerilimi üzerindeki salınımların oluşması engellenir. Fotovoltaik enerji sistemleri, UPS, motor sürme gibi alanlarda kullanılan üç seviyeli dönüştürücülerin iki seviyeli dönüştürücülere göre birtakım üstünlükleri vardır. Bunlar çıkış gerilimi kalitesi, harmonik düşüşleri ve verim artışı olarak sıralanabilir. Tezin amacı, solar ve UPS gibi uygulamalarda gittikçe yaygınlaşan ve son yıllarda yumuşak anahtarlamalı kullanımı da uygulanmaya başlanan üç seviyeli DC/DC dönüştürücülerin, bir örtülü elektrod kaynak makinesinde uygulanması ve kaynak makinesinin kontrolünün sağlanmasıdır. Yapılan çalışmada faz kaydırma yöntemi kullanılarak transformatörün kaçak endüktansı sayesinde bir kısmi rezonans oluşturulmuş, anahtarların ZVT ile iletime girmesi sağlanmıştır. Kesim anlarında ise anahtarlara paralel kondansatörler sayesinde ZVS ile kesime girmesi sağlanmıştır. Ayrıca kaynak makinelerinde sıkça uygulanan ileri yönlü ve tam köprü topolojilerinin de tasarımı ve uygulaması yapılmıştır. Her üç topolojinin benzetimleri PSIM programında gerçekleştirilmiş, PCB çizimleri Altium programında yapılmış ve üç topolojinin hazırlanan prototipleri üzerinden deneysel sonuçlar elde edilmiştir. Ayrıca, yarım köprü topolojisi için de benzetimleri gerçekleştirilmi ve mevcut bir yarım köprü evirici topolojisine sahip kaynak makinesi üzerinden deneysel sonuçlar elde edilmiştir. Bir sonraki aşamada ise, topolojinin birbiri ile karşılaştırması yapılmıştır.Tezin en son aşamasında ise MMA kaynak makinesinin kaynak kontrol parametreleri incelenerek kontrol tasarımı yapılmış ve yukarıdaki kaynak makinesi prototiplerinde başarıyla uygulanmıştır.
6 serbestlik dereceli insansı robot kolu empedans kontrolü benzetimi ve analizi
Bu tez çalışması kapsamında 6 serbestlik dereceli bir insansı robot kolu konum ve kuvvet kontrolüne yer verilmiştir. Robotik alanında kullanılan kontrol yöntemleri incelenmiş, insansı robot kolu için yapılması istenebilecek görevler göz önünde bulundurularak en uygun yöntem olan Empedans Kontrol Yöntemi seçilip, belirlenen senaryolar ile benzetim çalışmaları üzerinde analiz edilmiştir. Robot kol modeli Solidworks programı ile yapılan çizimi SimMechanics araç çubuğu ile Matlab Simulink ortamına aktarılmış, benzetim çalışmaları bu arayüzden yürütülmüştür. Gerçekleştirilme açısından değerlendirilip, en uygun görülen Temel Empedans Kontrol Yöntemi seçilmiştir. Görev olarak çember çizimi tanımlanmış ve robot kolunun hareketli bir levha üzerine çizim yapması istenmiştir. Konum ve kuvvet kontrolü, seçilen Temel Empedans Kontrol Yöntemi ile sağlanmıştır. Bu yöntemde hassas olarak belirlenmesi gereken katılık, sönüm, konum ve hız modifikasyon matrisleri bulunmaktadir. Bunlar kontrolcü katsayılardır. Katsayıların belirlenmesinde öncelikle deneme-yanılma yöntemi kullanılmış ve belli konum hatalarıyla uç eyleyici konum-kuvvet kontrolü gerçekleştirilmiştir. Temel Empedans Kontrol Yöntemi katılık, sönüm, konum ve hız modifikasyon parametreleri analiz edilmek istenmiştir. Bu parametrelerin katsayı oranları değiştirilerek kontrolcüye etkisi gözlemlenmişir. Bozucu etki dahil edilmemiş sistemde, deneme yanılma yöntemi ile seçilen parametreler üzerinden gidilerek her bir parametre ayrı ayrı değiştirilip çember çizimleri gerçekleştirilerek sistem cevapları incelenmiştir. Parametrelerin artırılıp azaltılmalarının çember çizimi gerçekleşirken konum ve kuvvet kontrolünü hangi ölçüde gerçekleştirdiği analiz edilmiştir. Konum ve kuvvet kontrolünün daha iyi yapılması için gerekli olan parametreleri iyileştirmek adına bir optimizasyon yöntemi aranmıştır. Matlab kütüphanesinden Nelder-Mead optimizasyon tabanlı komutlar kullanılarak kontrolcü katsayıları iyileştirilmiş ve konum hataları azaltılmıştır. Bir sonraki aşamada sisteme levha hareketinden farklı bir yönde bozucu etki dahil edilmiştir. Bozucu kuvvet etkisinde yine hareketli levha üzerine çember çizdirme görevi verilerek sistem cevabı incelenmiştir. Sistemin bozucu etkisini karşılayamadığı ve çizilen çemberin bozucu etkisi olduğu süreler boyunca istenilen yörüngeden saptığı tespit edilmiştir. Bozucu etkisini yok etmek için yeni katsayı arayışına gidilmiş, öncelikle deneme-yanılma yöntemi kullanılarak belli konum hatasıyla çember çizimi gerçekleştirilmiştir. Sistem cevabını daha da iyileştirmek için optimizasyon yöntemi uygulanmış ve yeni elde edilen kontrolcü katsayılarıyla daha az hata ile görev gerçekleştirilmiştir. Böylelikle bu çalışma insansı robot kollarında kontrolcü belirlenirken dikkat edilmesi gereken parametrelere dikkat çekmektedir.
UWB haberleşme ile kapalı alanda konum tespiti
Bu yüksek lisans tezi kapsamında Ultra Geniş Band (UWB) haberleşme yöntemi ile kapalı alanda konum tespiti üzerinde durulmuştur. Tez kapsamında öncelikli olarak kapalı alanda konum tespitini gerçekleştirme amacıyla kullanılan iki yönlü mesafe ölçümü (TWR) yöntemi incelenmiş, bu yöntem ile mesafe ölçüm işlemlerinin ne şekilde gerçekleştirildiğinden bahsedilmiştir. Elde edilen, cihazlar arasındaki mesafe bilgilerinden faydalanarak gezici cihazların konumları tespit edilip, bilgisayar ortamında simülasyonu gerçekleştirilmiştir.
Elektrikli tekerlekli sandalyenin kafa hareketleri ile yarı otonom kontrolü
Tekerlekli sandalyeler, hareket yeteneği kısıtlı olan insanların ulaşım ihtiyacını karşılamak için kullanılan araçlardır. Tekerlekli sandalyenin tekerleklerini hareket ettirebilecek kol gücüne ve hareketine sahip olan insanlar manuel tekerlekli sandalyeyi kullanabilirken, tekerlekleri hareket ettirebilme yeteneğine sahip olmayan insanlar elektrikli tekerlekli sandalyeleri tercih etmektedir. Elektrikli tekerlekli sandalyelerde, tekerlekleri tahrik eden motorlar ve kullanıcının sistemi kontrol edebildiği bir kumanda kolu bulunmaktadır. Kullanıcı, kumanda kolu sayesinde sandalyenin hareket etmesini istediği açısal ve çizgisel hız referanslarını girmektedir ve kullanıcı tarafından verilen hız referansları motorlara iletilerek tekerlekler tahrik edilmektedir. Elektrikli tekerlekli sandalyeyi kullanacak olan kişilerin kumanda kolunu kontrol edebilecek yeteneğe sahip olmaları gerekmektedir. Eğer kullanıcı kumanda kolunu hareket ettirebilecek yeteneğe sahip değilse, sandalyeyi kontrol edebileceği yardımcı bir sisteme ihtiyaç duymaktadır. Bu çalışma kapsamında tasarlanan elektrikli tekerlekli sandalye, boyundan aşağısı felçli veya kısmen felçli olan insanlar için geliştirilmiştir. Kullanılan yönelim sensörü (IMU) sayesinde kullanıcının kafa hareketleri algılanarak sisteme açısal ve çizgisel hız referansları verilmiştir ve kumanda kolu yerine kullanılan bir sistem tasarlanmıştır. Elektrikli tekerlekli sandalye, kumanda kolu kullanılarak el ile hassas bir şekilde kontrol edilebilirken, kafa hareketleri ile sandalyenin kontrolü daha zor olmaktadır. Bu yüzden sandalyenin güvenliğini sağlayan ilave sistemlere ihtiyaç duyulmuştur. Sandalyenin hareketi sırasında kullanıcının güvenliğini sağlamak amacıyla sistem, yarı otonom engelden kaçınma yöntemi ile desteklenmiştir. Yarı otonom engelden kaçınma yöntemi olarak tez çalışması kapsamında geliştirilen FGM tabanlı FGM-I yöntemi kullanılmıştır. FGM yöntemi, görüş alanı içerisinde bulunan en büyük boşlukları kullanarak aracın hedefe güvenli bir şekilde ulaşmasını sağlayan bir yöntemdir ve araç için son yönelim açısı hesaplamaktadır. FGM-I yöntemi ise boşluk seçimini, boşluk uzunluğuna ve boşluğun orta noktasının hedef noktası ile arasında kalan açıya göre yapmaktadır. Kullanıcı kafa hareketleri ile sisteme, FGM-I yönteminin bir girişi olan ve son yönelim açısının hesaplanmasında kullanılan hedef açısını vermektedir. Bu sayede, kullanıcının çarpışma olmadan sandalye ile istediği hedefe ulaşabileceği yarı otonom kontrol edilen bir sistem oluşturulmuştur. Kullanıcının kafa hareketleri ile sisteme çizgisel hız referansı vermesi de bazı durumlarda tehlikeli olabilmektedir. Bu yüzden sisteme bulanık mantık tabanlı bir hız planlama yöntemi entegre edilmiştir. Sandalyenin hareketini gerçekleştirdiği ortamda bulunan engellerin mesafesi ve konumu ile birlikte kullanıcı tarafından sisteme verilen çizgisel hız referansı kullanılarak bulanık mantıkla bir dinamik risk faktörü hesaplanmıştır. Bu dinamik risk faktörü ile güvenli bir hız referansı elde edilmiştir. Kullanıcı tarafından sisteme verilen hız referansı ve bulanık mantık ile hesaplanan hız referansı, yine dinamik risk faktörleri kullanılarak hesaplanan katsayılar ile ağırlıklandırılarak sistemin hareketinde kullanacağı bir çizgisel hız referansı elde edilmiştir. Bu sayede, elektrikli tekerlekli sandalyenin, hem engelden kaçınma hem de hız planlama desteğiyle yarı otonom olarak kafa hareketleri ile kontrolü sağlanmıştır.
Demiryolu araçları için yeniden tutunma kontrolünün ve kararlılık analizlerinin yapılması
Demiryolu endüstrisinde, cer sisteminin güvenilirlik, konfor, ve performansının iyileştirilmesine, demiryolu aracının hareketi süresince yanal kararlılığının korunmasına ilişkin kriterlerin sağlanması gerekmektedir. Bu alanda etkili rekabetin yapılabilmesi, yüksek hızlarda araç kararlılığını muhafaza eden ve düşük tekerlek-ray temas koşullarında, optimum cer performansı sağlayan demiryolu araçlarının tasarlanmasına bağlıdır. Düşük tutunma problemine yol açan ağaç yaprakları, yağ, yağmur, kar vb. koşullar tarafından etkilenmiş tekerlek-ray yüzeyi şartlarına, ayrıca demiryolu aracının kinematik parametrelerine doğrudan bağımlı olan tutunma katsayısı; yüksek ölçüde doğrusal olmayan, zamanla değişen karakteristiğe ve karmaşık bir doğaya sahiptir. Frenleme ve cer kuvvetleri, tekerlek-ray temas bölgesindeki tutunma katsayısına ve bileşke normal kuvvetine dayanmaktadır. Normal kuvvetin kontrol edilmesindeki kısıtlamalar sebebiyle, cer ya da frenleme eforları, yalnızca tutunma katsayısının maksimum seviyeye çıkartılması ile arttırılabilir. Trenlere uygulanan aşırı cer gücü, tekerlek-ray temasında oluşan tutunmanın yetersiz kullanımına ve aşırı güç tüketimine neden olurken, yetersiz tahrik kuvveti de trenin verimsiz çalışmasına yol açar. Bu nedenle, enerji tüketiminin dengesinde, emniyetli ve güvenilir çalışmada, yeniden tutunma kontrolünün gerekliliği tartışılmaz. Tutunmanın etkin bir şekilde kullanılması; erken meydana gelen tekerlek-ray hasarlarını önlemekle kalmaz, aynı zamanda, yolculuk süresini en aza indirerek, işletim maliyetlerini düşürür. Tekerlek-ray arasındaki tutunma; çevresel koşullar, demiryolu aracı hızı, kayma hızı vb. gibi birçok parametrenin doğrusal olmayan fonksiyonudur. Bu sebeple, maksimum cer gücünü sağlamak, güç kayıplarını azaltmak, tekerlek-ray aşınmasını önlemek için, kayma hızının yeniden tutunma kontrolörü tarafından denetlenmesi, dolayısıyla, cer motor momentinin sınırlandırılması gerekmektedir. Yeniden tutunma kontrolünün yanında, demiryolu aracının yüksek hızlarda çalışması esnasında, yanal kararlılığının korunması da, artan hız talepleri nedeniyle, oldukça önemli bir konu haline gelmiştir. Demiryolu taşıtlarında yanal kararlılık; raydan çıkma ve salınım kararlılığı şeklinde incelenmektedir. Salınım hareketi; tekerlek setinin yanal yerdeğiştirmesi ve yalpa açısının bağlaşık hareketi şeklinde tanımlanmakta, sınır çevrim tipi bir titreşim davranışı olarak karakterize edilmektedir. Demiryolu aracı, tasarım parametreleri tarafından belirlenen, belirli bir kritik hızın üzerine çıktığında, artan genlikli salınım kararsızlığı göstermektedir. Bu kritik hız değeri de, aracın kinematik ve dinamik parametrelerine, yol özelliklerine göre değişmektedir. Bu tez; "Cer modunda, etkili ve gelişmiş bir yeniden tutunma kontrol stratejisi geliştirilmesini ve demiryolu aracının yanal kararlılığının bütüncül bir yaklaşım ile analiz edilmesini'' amaçlamaktadır. Demiryolu aracının yanal kararlılık özelliklerini analiz etmek ve cer sisteminin kontrolünü sağlamak için; kritik salınım hızını ve raydan çıkma durumunu yüksek doğruluk ile tespit edebilen ve üzerinde etkili bir cer kontrolünün yapılmasının mümkün olduğu, iki ayrı model kurulmuştur. Bunlar; "Bağlaşık yanal dinamik modeli" ve "Doğrusal olmayan kayma davranışı ile ilişkili efektif boylamsal model"dir. Önerilen demiryolu aracı modelleri, değişken yapılı model referans uyarlamalı, dayanıklı uyarlamalı ve kayan kipli kontrolör algoritmaları geliştirmeye uygundur. Toplamda 51 serbestlik dereceli, doğrusal olmayan bağlaşık hareket denklemleri, eğri yol üzerinde hareket eden demiryolu aracının çoklu-gövdeli dinamik davranışını ve zaman&frekans yanıtını ifade etmek için çözülmüş, "Tekerlek-ray temas modeli" de dahil olmak üzere, "Dayanıklı uyarlamalı ve modifiye edilmiş süper-büküm kayan kipli yeniden tutunma kontrolü benzetimleri", "Matlab&Simulink" programında gerçekleştirilmiştir. Geliştirilen bu kontrol algoritmaları, tekerlek kaymasını zamanında bastırmakla kalmaz, aynı zamanda cer sisteminin doğrusal olmayan özellikleri ve tekerlek-ray arayüzündeki tutunma seviyesinin belirsizlikleri gibi bir takım zorluklar altında, tekerlekler tekrar tutunduktan sonra, en iyi cer performansını korur. Tutunma kuvveti ile kayma açısal hızı arasındaki karmaşık doğrusal olmayan ilişki nedeniyle, böyle bir problemin, en iyi kayma oranı bilinmedikçe, üstesinden gelinmesi zordur. Optimum kayma açısal hızını tahmin etmek ve izlemek için, optimum bir arama stratejisi geliştirilmiştir. Kademeli olarak değişen düşük tekerlek-ray temas koşulları altında, kayma-tutunma eğrisinin optimum çalışma noktası, tutunma kullanımını maksimize eden, en iyi kayma hızı araştırma algoritması ile tespit edilmiştir. Önerilen stratejiler sayesinde, cer motoruna ilişkin kontrol momenti, trenin kararsız kayma bölgesinden uzakta, ancak optimum tutunma bölgesinin yakınlığında olmasını sağlamak amacı ile otomatik olarak ayarlanır ve tutunma geri kazanıldığında, hedeflenen cer kapasitesine ulaşılır. Geliştirilen algoritmaların nihai sınırlandırılmasını sağlamak için gerekli matematiksel analizler yapılmıştır. Önerilen yeniden tutunma kontrol stratejilerinin etkinliği, yapılan teorik analiz ve nümerik simülasyonlar yolu ile doğrulanmıştır. Ardışık olarak gerçekleştirilen simülasyonların sonucunda katsayılarının en iyi şekilde modifiye edildiği süper-büküm algoritmasının, tekerlek-ray temas koşulları ani olarak değiştiği durumlarda, optimum kayma hızının izlenmesi açısından, dayanıklı-adaptif yöntem ile karşılaştırıldığında daha iyi bir performans gösterdiği ortaya çıkartılmıştır. Bu türden kontrol stratejilerine dair olası iyileştirme ve modifikasyonlar, gelecek çalışmalar için, gerçek-zamanlı test sistemi üzerinde deneysel olarak araştırılacaktır. Aynı zamanda, demiryolu aracının doğrusal olmayan dinamiklerinin incelenmesi amacıyla, Kalker'in teorisinden çıkartılan sezgisel doğrusal olmayan tekerlek-ray temas modeli ve Polach'a ait tekerlek-ray temas modeli, daha gerçekçi tekerlek-ray temas modellerinin elde edilebilmesi için LuGre sürtünme modelinin yarı-statik formu ile eşleştirilmiş ve bu sayede, araç üzerine etkiyen kayma kuvvetleri ile kayma momentleri hesaplanmıştır. LuGre model parametreleri, doğrusal olmayan optimizasyon metodu kullanılarak belirlenir. Bu yöntemin amacı, Polach ve Kalker modeli çıktıları ile yarı-statik LuGre modeli arasındaki hatayı, belirli çalışma koşulları altında en aza indirmektir. Boylamsal süspansiyon sisteminde, yalpa sönümleme kuvvetlerinin de dahil olduğu doğrusal olmayan özelliklerin etkisi altındaki demiryolu aracının, simetrik/asimetrik çatallaşma davranışı ve kararlı/kararsız hareketi, araç hızının değiştirildiği senaryolar dahilinde, detaylı biçimde analiz edilmiştir. Demiryolu aracının öncül tekerlek setinin yanal yerdeğiştirmesinin faz portreleri, bahsedilen iki tekerlek-ray temas modeli için kritik hızlarda çizilmiştir. Benzetim sırasında, tekerlek setinin yanal yerdeğiştirmesi modunda, asimetrik periyodik hareketler gözlemlenmiştir. Birden çok kararlı durumun bir arada bulunması, mevcut titreşimlerin genliklerinde sıçramalara neden olup, demiryolu aracının kararsızlık problemlerine yol açmaktadır. Lyapunov'un dolaylı yöntemi kullanılarak, kritik salınım hızları, yolun eğrilik yarıçapı parametresinin değişimlerine göre hesaplanır. Kalker modelinden uyarlanan LuGre modeline göre hesaplanmış kritik salınım hızlarının kestirim doğruluğu, Polach modelinden uyarlanan sonuçlara göre elde edilen doğruluktan daha yüksektir. Demiryolu aracının Hopf çatallaşması davranışı; boylamsal süspansiyon sistemindeki yalpa sönüm kuvvetleri, tekerlek-ray temasının sezgisel kayma modeli ve ölü-bölge açıklığı olan flanş-ray teması gibi doğrusal olmayan elemanlar göz önünde bulundurularak; demiryolu aracı, eğri yolda hareket ederken incelenmiştir. 51 serbestlik dereceli demiryolu aracının boylamsal ve yanal dinamiklerinin bağlaşık etkilerinin de dahil edildiği raydan çıkma modeli; yanal ivmelenme, jiroskopik faktörler, flanş açısı, sürtünme katsayısı, etkin tekerlek yarıçapı ve ray açıklığı gibi mekanik faktörlerin dinamik ve geometrik etkileri dikkate alınarak oluşturulmuştur. Demiryolu aracının yanal dinamiği, her altı adet tekerlek setinin, üç adet bogi çerçevesinin, ve araç gövdesinin yanal, dikey yerdeğiştirme, yuvarlanma, yalpalama ve yunuslama açısal yerdeğiştirmelerini dikkate alan; "Sezgisel doğrusal olmayan kayma modeli" kullanılarak modellenmiştir. Bu modele bağlı olarak, tekerlek tırmanması, tekerlek yükselmesi, tekerlek devrilmesi ve bunların kombinasyonları olan farklı türden raydan çıkma mekanizmalarının devreye girme evreleri öngörülebilir. Araç hızlarının raydan çıkma oranına olan etkileri, çeşitli süspansiyon parametreleri ve yol eğrilik yarıçapları altında araştırılmıştır. Böyle bir modelin geliştirilmesinin ana amacı, geleneksel raydan çıkma modelleri (Nadal, Weinstock vb.) üzerinden yorumlanamayan, tekerlek seti üzerindeki çeşitli dinamik ve geometrik parametrelerin, raydan çıkma davranışı üzerine olan etkilerinin sayısal analizini sağlamaktır.
Kalıcı mıknatıslı eksenel akılı girdap akımı freninin tasarım optimizasyonu
Bu çalışmada, konvansiyonel manyetik frenlerde manyetik alan kaynağı olarak kullanılan bobinlerin yerine sürekli mıknatıslar seçilmiştir. Bu değişim neticesinde bobin, bobini besleyen elektrik kaynağı çıkarılarak tasarımda sadeleşme sağlanmıştır. Tasarımın temel parametrelerinde değişikler yapılarak, toplam frenleme momenti hesaplanmış ve etkileri irdelenmiştir. Bu hesaplamalar çalışmada kolaylık sağlamak için paket programlar vasıtası ile yapılmıştır. Alüminyumdan imal edilmiş iletken bir disk, N-S sıralı dizilmiş sürekli mıknatıslara yakın bir şekilde döndürüldüğünde, disk içinde manyetik alan değişimine bağlı olarak girdap akımları oluşacaktır. Diskte indüklenen girdap akımları ve manyetik alanın etkisi ile manyetik kuvvetler meydana gelecektir. Bu kuvvetlerin oluşturduğu toplam moment de, frenleme momentini oluşturacaktır. Bu moment, alüminyum disk ve mıknatısların arasındaki hava aralığına, kutup sayısına, alüminyumun öz iletkenliğine, mıknatısların manyetik ters zorlayıcı alanına, mıknatısların tasarımına, diskin geometrik yapısına (yarıçap, kalınlık vb.) bağlı bir fonksiyondur. Konvansiyonel manyetik frenlerde, elektromıknatıs bobinlerden geçen akım değiştirilerek manyetik frenleme kontrol edilir. Üzerine çalıştığımız tasarımda ise manyetik frenleme, sürekli mıknatıslar ile alüminyum disk arasındaki hava aralığı değiştirilerek kontrol edilmiştir. Tasarımın uygulamasında karşılaşılacak bir diğer problem de sıcaklıktır. İletken disk içinde oluşan girdap akımları vasıtası ile mekanik frenleme enerjisi ısı enerjisine dönüşecektir. Bu ısı enerjisi, alüminyum disk üzerine yerleştirilen hava kanaları yardımı ile atmosfere aktarılabilir. Dolayısı ile diskin aşırı ısınması engellenir. Kalıcı mıknatıslı manyetik frenin moment kapasitesini etkileyen en önemli parametrelerden biri de iletken diskin konstrüksiyonudur. Yarıçap, girdap akımlarının oluştuğu etkin alan; gibi büyüklükler frenleme moment kapasitesini doğrudan etkileyen büyüklüklerdir; büyük moment değerlerine ulaşmak için yer sınırlamasından dolayı istenildiği kadar büyük yarıçap ve kalınlık seçilemez. Aksi takdirde, paketleme problemi ile karşılaşılır ve manyetik frenin iki şasi arasına konumlanması imkânsız olur. Ayrıca, ağır bir disk, doğrudan şafta bağlı olduğu için araç dinamiğini etkileyecektir. Bu sebepler göz önünde bulundurulduğundan, disk parametreleri seçilirken, hali hazırdaki diske atıfta bulunulmuştur. Alüminyum disk döndüğünden girdap akımlarının oluşması için alüminyum disk zaman içinde sabit bir manyetik alana değil, değişken bir manyetik alana maruz kalmalıdır. Değişken manyetik alan, mıknatısların bir S kutup ve bir N kutup çiftinin çok sayıda tekrarlanarak dizilmesi ile sağlanmıştır; ancak Halbach dizilişleri gibi fark dizilişler de kullanılabilir. Sıralı mıknatısların kutup sayısı, frenleme momentini etkiyeceği düşünüldüğünden; farklı kutup sayılarında analizler yapılarak kutup sayısının frenleme momentine etkisi irdelendi. Hali hazırdaki ağır vasıta araçlarda kullanılan, bobinli bir manyetik frene atıfta bulunularak ilk olarak 8 kutuplu bir fren tasarlanıp; farklı devir/dakika değerleri için frenleme momenti analiz edildi. Daha sonra kutup sayısı iki katına çıkarılarak, farklı devir/dakika değerleri için tekrar analizler yapıldı. Kutup sayınsın etkisini daha iyi irdelemek için 24 kutuplu bir tasarım daha geliştirilerek, frenleme momenti için analizler koşturuldu. Frenleme momentinin kontrolü, mıknatıslarla alüminyum diskin arasındaki hava aralığı değiştirilerek yapılacağından, farklı hava aralığı değerleri için frenleme momentinin değişimi irdelendi. Farklı kutup sayıları ile yapılan ilk analizler 1 mm hava aralığı ile yapıldığından, ilaveten 3 mm ve 5 mm hava aralığına sahip modellerle de; 600, 900 ve 1200 devir/dakika da analiz edilmiştir. Bu şekilde hava arlığının değişimi, farklı kutup sayılarında nasıl bir frenleme momenti değişim göstereceği gözlendi. İletken diskin üzerine gelen manyetik alan şiddetini artırmak için, bir başka yöntem de mıknatısların arkasına bir boyunduruk yerleştirmektir. Böylece manyetik alan geçirgenliği havaya nazaran çok yüksek malzeme eklenerek, toplam manyetik direnç azaltılır ve alüminyum üzerine daha etkin manyetik alan çizgileri düşmesi sağlanır. Bu çalışmada da boyunduruk eklendikten sonra; 8, 16 ve 24 kutuplu tasarımlarda, 600 devir/dakikada frenleme momenti hesaplatıldı ve boyunduruk etkisi bu tasarımlar için irdelendi. Frenleme momentini etkileyen bir başka tasarım parametresi ise kullanılan mıknatısların kalınlıklarıdır. Mıknatısların kalınlıları artırıldığı takdirde iletken disk üzerinde düşen manyetik akı yoğunluğu artar. Fakat manyetik akı yoğunluğunun artışı mıknatıs boyu ile lineer bir şekilde artmaz. Mıknatıs kalınlığı artıkça manyetik akı yoğunluğu artışı düşer. Mıknatıs kalınlığı etkisi gösterilmesi için 8 mıknatıslı tasarım farklı kalınlıklarla 900 devir/dakikada analiz edilmiş ve frenleme momenti-mıknatıs kalınlığı grafiği çıkartılmıştır. Bu çalışmada manyetik fren momentine etkiyen 4 temel etkiden bahsedilmişidir. Bunlar iletken disk ile mıknatıslar arasında ki hava aralığı, manyetik geçirgenliği yüksek boyunduruk kullanımı, mıknatıs sayısı ve mıknatıs kalınlıklarıdır. Bu parametrelerin manyetik fren momentine nasıl bir etkisi olduğu çalışmanın sonunda değerlendirilip son bölümden tartışılmıştır. Örneğin boyunduruk kullanımı 8 mıknatıslı tasarımda ciddi bir artış sağlarken, aynı artış 24 kutuplu tasarımda gözlemlenmemiştir. Hava aralığı artışı 24 mıknatıslı tasarımda ciddi bir moment kapasitesi düşüşüne sebep olurken, 8 mıknatıslı tasarımın frenleme momenti düşüşü daha az olmuştur. Frenleme momentinin kapasite artışı, mıknatıs kalınların artışı ile bir değerden sonra azalmış ve artış yok denecek kadar küçülmüştür. Benzer şekilde mıknatıs sayısı ile de frenleme momentinde artış gözlemlenmiştir; ancak belirli bir mıknatıs sayısından sonra yüzey etkisi sebebiyle frenleme kapasitesi düşüşe geçmiştir.
8+1 manuel senkromeçli transmisyonun otomatize edilmesi için modellenmesi ve kontrol algoritmalarının geliştirilmesi
Küresel ısınmayla beraber emisyon probleminin giderek daha çok tartışılması ve yakıt fiyatlarının yükselmesi nedeniyle transmisyon sistemi üzerine çalışma sayısı artmaktadır. Bir çok transmisyon çeşidinin olduğu bilinmekle beraber en çok kullanılan Manuel Transmisyon (MT) ve Otomatik Transmisyon(OT)' un avantajları ve dezavantajları düşünülerek yeni bir transmisyon arayışı başlamıştır. MT' nin verimi, az yakıt tüketmesi ile OT' nin vitesleri sürücüden bağımsız değiştirme avantajları Otomatize Edilmiş Manuel Transmisyon (OEMT) sisteminde birleştirilmiştir. Mikroişlemci teknolojisinin gelişmesiyle beraber 1970' lerin sonuna doğru çoğu ülke OEMT sistemi üzerine çalışmalarını hızlandırmıştır \cite{chen}. Bu çalışmada, TÜMOSAN DURA 1308 8+1 model senkromeçli manuel transmisyonun otomatik hale getirilmesinin temellerinin oluşturulması amaçlanmıştır. Otomatik hale getirilen 8 ileri, 1 geri vitese sahip transmisyonda, aracın 0' dan başlayarak hızlanmayla viteslerin 1' den 8' e kadar sırasıyla artması ve yük veya yokuş olması durumunda vitesleri düşürmesi için modeller oluşturulmuştur. Bu çalışmada tüm modellemeler ve simülasyonlar Matlab Simulink ortamında gerçekleştirilmiştir. İlk olarak transmisyonun mekanik kısımları modellenmiştir. Mekanik model kavrama, DC motorlar ve dişliler olmak üzere 3 ayrı model içermektedir. Bu modelin bir araç içinde entegre çalışabilmesi için motor ve araç modelleri de oluşturulmuştur. Tasarlanan OEMT sisteminin motor ile uygun olması adına aynı firmanın XENA 147 kW' lık motoru seçilmiş ve bu motorun hız-tork eğrileri kullanılmıştır. Araç modeli oluşturulurken TÜMOSAN taktik tekerlekli araç ailesinin parametreleri seçilmiştir. OEMT sistemini kontrol etmek üzere modellenen transmisyon kontrolcüsü tork kontrolü esas alınarak oluşturulmuştur. Motordan iletilen torkun araca en az kayıpla iletilmesi adına her vites için hız-tork aralığı bulunmuş ve viteslerin değişmesi için değişim hız aralıkları belirlenmiştir. Mekanik kısımda yer alan kavrama, X, Y ve takviye motorlarının yönetilmesi için de transmisyon kontrolcüsü tarafında ayrıntılı vites değişim senaryosu oluşturulmuştur. Motorların kontrolü için PI kontrolör seçilmiştir. Kavrama sisteminin basma ve çekme karakteristikleri farklı olduğundan her iki durum için farklı PI katsayıları bulunmuştur. 500 sn' lik simülasyonların yapıldığı model için düz yol ve 5 derecelik yokuş yol olmak üzere iki farklı durum denenmiştir. Düz yolda aracın viteslerinin kademeli olarak istenilen şekilde arttığı gözlemlenmiştir. 5 derecelik yokuş yolda ise 150 ve 250. saniyelerde verilen eğime göre aracın bu zaman aralığında vitesleri düşürerek yavaşladığı ve 250. saniyeden sonra düz yola girdiğinde tekrar hızlanma ve vites yükselttiği gözlemlenmiştir. Her iki farklı simülasyon durumu için aktarılan torkun maksimumda tutulmaya çalışıldığı onaylanmıştır. Bu çalışmada TÜMOSAN transmisyon ve motor parametreleri için verilen kritik değerler ticari açıdan değerli olduğundan benzetilen değerlerdir.
The design and application of an UWB-based indoor positioning system
In this study, an indoor positioning system was designed by using the Ultra Wide Band (UWB) technology as the baseline. First of all, the existing indoor positioning systems-RFID, UWB, Wi-Fi, Bluetooth- were examined. When the differences and the advantages of the existing systems were taken into consideration, the UWB technology was selected and the study was conducted by taking this technology as the reference. A positioning system structure was developed by using the measurement method (TDoA) and positioning estimation method (Trilateration) which are using by indoor positioning systems. Then the primary needs in the design of the prototype were identified. After examining the modules which support the UWB technology, the DWM1000 module of the Decawave brand was selected and used in the circuit. While Arduino Pro Mini 3V3 module was used in the processor, ESP8266 module was selected as the Wi-Fi module. After designing the prototype circuit, the researcher had it produced by using these three modules. After assembling the PCB circuits taken from production, they were tested. An indoor positioning system was designed with three anchor which were formed and a target circuit by using trilateration method. These distance data coming from circuit of the three anchors were sent to the server part which was written in Python thanks to the Wi-Fi module and several results were obtained after being processed by the Matlab engine which runs on Python. First the system performance tests were carried out and then the results were obtained and the system was optimized for its best performance. As the last step, the system was performed in two different area. First area is a test area, the statistics of the density in a test platform which was divided into different areas were calculated with the algorithms developed by the researcher. Second area is a real environment, mapping of the environment was tested in addition to first area tests.
Elde taşınabilir bir gömülü sistem üzerinde kapalı alan konum tahmin yöntemlerinin gerçeklenmesi ve karşılaştırılması
Günümüzde küresel konum belirleme sistemleri (GNSS) kişi veya araçların konumunu çok yüksek doğrulukta tahmin edebilmektedir. Ancak bazı çevre koşullarının yarattığı problemlerden dolayı uydu sinyallerinin tam alınamaması veya tamamen kesilmesi gibi durumlarla karşılaşılmaktadır. Karşılaşılan bu problemleri çözmek için son zamanlarda kişisel navigasyon sistemleri (PNS) üzerine çalışmalar artmıştır. Kişisel navigasyon sistemleri, uzun mesafelerde konum hatalarının birikimli olarak artmasından dolayı GNSS gibi çok yüksek doğrulukta konum tahmini yapamadığı için ancak bu tür sistemler tamamlayıcı sistem olarak kullanılabilir. Kişisel konum tahmin araçları, dünyanın coğrafi özelliklerine ve koordinat sistemine bağlı kalmadan kendi üzerindeki algılayıcı biriminden topladığı veriler ile konum tahmini yapmaktadır. Bu algılayıcılar atalet ölçüm birimi (IMU) adı altında toplanmıştır ve genelde 3-eksen ivme ölçer, 3-eksen dönü ölçer ve 3-eksen manyetometreden oluşmaktadır. Mikro-elektro-mekanik-sistem (MEMS) teknolojisinin gelişmesiyle birlikte bu algılayıcılar mikrometre boyutlarına kadar küçültülmüş ve elektronik devreler ile entegrasyonu kolaylaşmıştır. Boyutlarının bu kadar küçük olmasıyla güç tüketimleri çok asgari düzeye çekilmiş ve maliyeti de azalmıştır. Bu çok önemli avantajların yanında birtakım dezavantajlar da bulunmaktadır. Bunlardan en önemlisi algılayıcının küçülmesiyle beraber ölçüm hatalarının ve elektriksel gürültülerinin de artmasıdır. Bu çalışmada hem günlük yaşamda kullanılması kolay hem de algılayıcıların hatalı ölçümlerini ve elektriksel gürültülerini giderecek ve mümkün olduğunca doğru konum tahmini yapacak bir cihaz tasarlanması amaçlanmıştır. Bununla ilgili araştırmalar incelendiğinde vücudun farklı bölgelerine konumlandırılmış kişisel konum tahmin cihazlarının yapıldığı görülmüştür. Bunlar içinde en uygun olanlarından biri de elde taşınabilir cihazlardır. Bu çalışmada elde taşınabilen bir cihaz yapılmış ve karşılaşılan sorunları çözmek için çeşitli algoritmalar önerilmiştir. Öncelikle yönelim tahmini için Madgwick Algoritması kullanılmış ve bu algoritmayla hesaplanan yönelim sonuçları verilmiştir. Diğer bölümde, yürüme esnasında yönelim açısı üzerinde mekanik ve elektriksel gürültülerin Kalman ve Butterworth filtresiyle giderilmeye çalışılması anlatılmış, gene yürüme esnasında el sapmalarından dolayı meydana gelen hataları gidermek için de bir algoritma önerilmiştir. Son olarak adım tespiti için literatürde kullanılan iki filtre karşılaştırılmış ve bunlardan en iyisi seçilmiş, adım uzunluğu tahmini içinse farklı adım hızlarında bile güzel tahminler yapabilen uyarlamalı adım uzunluğu tahmin algoritması kullanılmıştır. Tüm bu algoritmalar birleştirilerek konum tahmini yapılmıştır. Konum tahmini için üç farklı deney parkurunda üç farklı algoritma denenmiş ve sonuçlar karşılaştırılmıştır. Önce sadece Madgwick Algoritması kullanılmış, sonra Madgwick+Koşullu Yönelim Algoritması kullanılmış son olarak da Madgwick+Kalman+Koşullu Yönelim Algoritması kullanılmıştır. En iyi yöntemin Madgwick+Kalman+Koşullu Yönelim algoritması olduğu görülmüş ve tasarlanan cihazda bu algoritma kullanılmıştır. Üç farklı parkurda kullanılan bu algoritmanın performansı ise dikdörtgen parkurda %1.94 mesafe hatası ve % 0.364 konum sapması, labirent parkurda % 0.42 mesafe hatası ve % 0.34 konum sapması ve son olarak 45°'lik zikzak parkurda % 0.331 mesafe hatası ile % 2.017 konum sapması şeklinde gözlemlenmiştir.
Hafif ve esnek nanokompozit piezorezistif köpük üretimi
Soft and flexible material processing technologies have come a long way quickly because of the growing need for flexible, ultrasensitive wearable sensors for myoelec- tric prosthetics, soft robotics, personalized health tracking and, many more applica- tions. PDMS foams are used in a variety of applications as piezoresistive sensors. When coated with graphene, the mechanical and electrical are enhanced significantly. There- fore, the aim of this research is to fabricate a lightweight graphene coated piezoresis- tive sensor in addition to PVA and SDBS as solvents. Different samples were coated with different numbers of coating cycles where the 7 times coated sample showed a resistance less than 100 kΩ at 80% strain. This research reported that water-based GNP/SDBS/PVA dispersion can be pre- pared using SDBS and highly water soluble PVA. XPS analysis showed binding be- tween PVA and SDBS, while Raman spectroscopy revealed the interaction of SDBS with GNP. This suggests that the structure of graphene is maintained, which may in- dicate effective thermal conductivity. A cyclic test was performed on the foam and the gauge factor is found to be 1 with a resistivity of 172530 Ω.m and a conductivity of 5.7×10-5 S/m. Key Words: Graphene, GNPs, PDMS foams, Piezoresistive Sensors
Enhancing the performance of a maximum power point tracking system using an improved particle swarm optimization method
This thesis introduces a novel approach to improve the efficiency of maximum power point tracking (MPPT) systems for solar panels, dealing with both uniform and non-uniform irradiation scenarios. The proposed system employs the Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm due to its ease of implementation and proficiency in identifying global optima, particularly in scenarios involving partial shading. This study builds upon studying prior algorithms, notably PSO, by devising inventive solutions to overcome prevailing challenges in these approaches. Within this thesis, an innovative methodology is outlined, involving the dynamic adjustment of PSO algorithm parameters during execution. This dynamic adaptation seeks to strike a balance between speed and system efficiency. Moreover, a meticulous calibration of parameters governing the interaction between the converter and the PSO algorithm is performed. This calibration aims to ensure seamless data exchange between the components, fostering stability and minimizing fluctuations within the MPPT system. The devised system is designed and evaluated through MATLAB Simulink. The outcomes empirically substantiate the system's efficacy in capturing peak power with high speed and efficiency across a diverse array of irradiation conditions.
An underwater bio-inspired tendon-driven soft robotic limb with a tension sensing controller
The purpose of this thesis was to construct a soft limb that is driven by tendons that are operated through continuous servo motors. The anatomical characteristics of a squid served as a source of inspiration for the engineering of the limb, which was developed solely for integration into an underwater robotic platform. The URSULA 216M201 project relies heavily on this new construction as an essential component. In addition, a manufacturing technique was designed so that flexible limbs could be fabricated using silicone. The manufacturing of the arms was a success where conical arms with a length of 300mm, a base diameter of 30mm, and a tip diameter of 15mm made from silicone were molded. Moreover, a control module has been designed and proposed with the intention of monitoring the tension levels of the tendons that are integrated within the pliable limb. A tension sensor that is based on an FSR sensor is what the control module is made up of. The accuracy of the sensor demonstrates errors lower than 6% for the mean values of all measurements. The design of a tension controller utilizing MATLAB, as well as its simulation, was a fruitful endeavor that produced the desired results, a transient response for the step input. Moreover, the dynamic simulation also proved to be successful.
MQTT protocol data security with OTP blockchain-based identity and data verification
The widespread Internet of Thing presence in almost every aspect of our lives has been made possible by the fast development of technology these past few years. The internet of things is in a wide area. For example cell phones, tablets, computers and all other devices with sensors. Among the technologies used to facilitate efficient communication, between these IoT devices the MQTT protocol stands out. Exposure of security vulnerabilities existing in MQTT, and the development of effective countermeasures is a key objective of this thesis. The MQTT server's client architecture was built between the Raspberry Pi and the computer. To be used by MQTT Broker and publisher subscribers, Python programs have been developed. The use of the wireshark API has been recommended to check for system security vulnerabilities. During that process, the safety issues at packet and module level have been examined in an experimental manner. The MQTT protocol has been found to be vulnerable to attacks. Although encryption can be performed on port 8388 with Secure Sockets (SSL) and Transport Layer Security (TLS) protocols to address the security vulnerabilities found in the standard MQTT configuration, this is not preferred and is not scalable. Instead, a structure has been developed on port 1883 again, using smart contracts, digital signatures to only allow authorized users to connect to the MQTT broker, providing authentication and encryption for the publisher and subscriber. Extra security measures are offered with authentication, message denial, data integrity, and selective privacy. In the area of Smart Contracts major progress has been made. A smart contract, ensuring transparency and traceability in every transaction offering benefits, plays an important role. Smart contracts consist of an automated set of instructions which, when certain conditions have been fulfilled, shall be executed automaticly. Users' permissions as well as Digital Signatures could be included in these conditions. Better scalability is also provided by this system. Using A system has been developed using Smart Contract technology to perform user authentication and permission management for users connected to an MQTT broker. Authorization processes such as adding, removing, granting, or denying user permissions can be executed through a smart contract. Similarly, a user seeking to access and publish or read data on the MQTT broker must not only possess the necessary authorization but also approve a digitally signed message based on their unique OTP (One-Time Password) information. The Elliptic Curve digital signature algorithm is used for this signature. Users with access permissions can verify the digital signature using their public key and OTP information. Once the smart contract confirms the user's permission to publish data, they can proceed with their publication or perform encrypted data readings This design is intended to stop entry and manipulation of data, within the system. In contrast with the data security offered by SSL or TLS, this new and effective method provides additional protection against attacks on data centre such as potential Distributed Denial of Service attack from Sybil. Upon completion of this thesis, it was determined that the Broker gained immunity against attacks due to the implemented security measures.Consequently the thesis offers an examination of MQTT in relation, to attacks and suggests an enhanced security mechanism to counteract these attacks.
Pid-kontrollü yüz takip iha'sinin performans analizi
This thesis examines closed-loop performance of a vision-based tracking controller on a DJI Tello micro-UAV using classical Proportional–Integral–Derivative (PID) control. We perform step-response system identification for four axes—yaw, lateral (left–right), longitudinal (forward–backward), and vertical (up–down)—by logging camera-derived error, controller outputs (RC commands), and vehicle states. Axis-wise SISO models indicate that yaw behaves as a pure integrator, while the translational axes are well captured by type-1 (integrator-with-lag) dynamics. We implement P, PI, PD, and PID controllers under identical test scripts and evaluate percent overshoot and settling time within a ±5% band from flight logs sampled at 30 Hz. Results show PD provides the best trade-off on translational motion—reduced overshoot with shorter settling—whereas yaw is adequately regulated by proportional action alone. Integral action without anti-windup causes saturation and oscillation; adding back-calculation anti-windup and a first-order derivative filter improves robustness. Contributions are: (i) reproducible axis-wise models and tests, (ii) a unified logging/plotting pipeline for fair controller comparisons, and (iii) practical guidance on derivative filtering and anti-windup for small UAVs with vision feedback. These findings establish a quantitative baseline for transitioning from classical PID to more advanced control on resource-constrained aerial platforms.
CNC Router saz teknesi oyma makinesi tasarımı, imalatı ve otomasyonu
Son yıllarda bilgisayar kontrollü makinelerin ve benzeri araçların artmasından yola çıkılarak el oyması ile imalat yapan atölyelerin ihtiyacını karşılayacak makinelerin gerekliliği önem arz etmektedir. Bu makinaların çalışma prensibi, tasarımı, imalat ve otomasyon sistemi konularına incelendiği takdirde, ülkemiz sanayisine kaynak niteliğinde bilgiler kazandıracağı görülmektedir. El oymacılığı ile saz yapımının çok uzun sürmesi, zahmetli bir iş olması, el işçiliğinin çok zaman alması, maliyetinin fazla olması ve bazı durumlarda maliyetini karşılamaması gibi durumlar vardır. Bu tez çalışmasında, saz teknesi oyma işlemini yapacak bir CNC Router makinesi tasarım imalat ve otomasyonu yapılmıştır. Böylece yaklaşık on gün süren el ile saz teknesi oyma işlemi iki saat gibi kısa bir sürede tamamlanabilmektedir. Bu tez dahilinde yapılacak makinanın el oyması ile imalat yapan atölyelerin makineli üretime geçip, üretimin hızlanması, seri üretimle maliyetin düşmesi, buna bağlı olarak üretimin artıp daha çok alıcı kitlesine ulaşması ve makineli işçiliğin artması ön görülmektedir. Tez kapsamında, 3 eksen CNC Router makinesi; step motordan alınan tahrik ile doğrusal hareket mekanizmaları (hatveli mil ve yataklar) kullanılarak doğrusal hareketin elde edildiği ve kullanılan uç aksamının, bilgisayar programı ile istenilen konuma getirildiği cihazdır. Değişik uç aksamları kullanılarak değişik amaçlara hizmet edilebilir. Bu ilkelerden yola çıkarak bir CAD programı kullanılarak işlenecek olan saz teknesinin tasarımı yapılacak ve CAD programından g kodları oluşturulacaktır. CNC Router saz teknesi oyma makinesinin kontrol paneline bu kodlar yüklenecek ve makine X, Y ve Z olmak üzere 3 eksen boyunca birbirinden bağımsız hareket etme özelliğine sahip olduğundan bilgisayar ortamında hazırlanan şekil işlenecek ve saz teknesi oyma işi yapılabilecektir.
Elektrikli tramvay imalatı için kaynak robotu tasarımı
Günümüzde kaynak robotu teknolojisi otomotiv sektöründe oldukça yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu kaynak robotu teknolojisi sayesinde imalat süreçleri seri bir şekilde yapılmakla birlikte imalat standardı açısından kaliteyi artırmıştır. Ülkemizde imalatı yapılan elektrikli nostaljik tramvayların üretimleri manuel işçilik olarak imal edilmektedir. Tramvay pazarının artışı ile birlikte bu pazara cevap verebilmek için tramvayın dış panel saclarına punta kaynak yapılması için altı eklemli Euler bilek yapısına sahip her biri dönel (RRRRRR) seri robot kolu tasarlanmıştır. Öncelikle robotun üç boyutlu bilgisayar destekli tasarımı yapılmış ve uç işlevciye hareketli kaynak teli bağlanmıştır. Hedef punta noktalarına ulaşmak için ileri ve ters kinematik denklemleri çıkarılmıştır. Bu denklemlerin Matlab ortamında matematiksel modeli elde edilmiştir. Robot eklemlerinin titreşimsiz ve sorunsuz çalışabilmesi için yörünge planlaması yapılıp robotun Matlab simulink programında simülasyonu yapılarak robot kolun kontrol edilebilmesi sağlanmıştır. Robot uç işlevcinin istenilen yörüngede hareketini yapabilmesi için yörünge planlaması yapılarak hareket analizi yapılmıştır. Yörünge planlaması ile birlikte her bir eklemin konum, hız ve ivme parametreleri elde edilmiştir. Sonuç olarak robotun otomasyon kontrol parametre girdileri için analiz sonuçlarından elde edilen konum, hız ve ivme parametreleri kullanılarak çalışması sağlanabilir.
Tek fazlı 7 seviyeli kaskatlı yarı empedans kaynaklı tam köprülü eviricinin tasarım ve analizleri
Günümüzde enerji, artık her alanda kullanılan önemli ve vazgeçilmez bir kaynaktır. Geçmiş dönemlerde insanlar fosil kaynaklarla üretilen enerjiyi daha çok kullanırlarken artık fosil yakıtların artan fiyatları, çevre kirliliği sonucu çevre bilincinin oluşması, otomotiv sektöründe karbondioksit salınımının azaltılma hedefleri, genel olarak fosil enerji rezervlerinin tükenişi, teknolojik gelişmeler, artan enerji talebi gibi durumlar insanları yenilenebilir enerji kaynaklarına yöneltmiştir. Yenilenebilir enerji kaynakları güneş, jeotermal, rüzgâr, biokütle ve hidroelektrik olarak sıralanabilir. Yenilenebilir enerji üretiminin ve elektrikli taşıtların giderek daha popüler hale gelmesiyle birlikte, çok seviyeli eviricilerin avantajları ve büyük güç ölçeği/yüksek voltajlı şebeke bağlantısı talepleri nedeniyle çok seviyeli evirici tabanlı güç sistemlerinin uygulamaları ve araştırma çalışmaları sürekli artmaktadır. Kaskatlı çok seviyeli evirici (CMLI) güç sistemine uygulandığında birçok avantajlara sahiptir, çünkü sistem verimliliğini artırmak ve transformatör olmadan yüksek voltajlı / yüksek güçlü şebeke çıkış gerilimi elde edilmesini sağlayabilir. Bununla birlikte, geleneksel CMLI tabanlı güç sisteminde, her modül bir buck eviricidir ve dc-link gerilimi giriş gerilimi ile değişir. Z kaynak (ZS)/quasi-Z kaynak (qZS) CMLI'lar (ZS/qZS-CMLI'lar), ZS/qZS eviricilerin (ZSI/qZSI) tek bir aşamada buck/boost ve inversiyonu sayesinde ZS/qZS ağı ve H-köprü modülünü bir araya getirerek geleneksel CMLI'ın yukarıda bahsedilen dezavantajının üstesinden gelebilmek için çözüm üretebilmektedir. Bu tezde yarı-empedans kaynaklı, tam köprülü kaskatlı 7-seviyeli bir evirici devresinin tasarımı ve Matlab/Simulink ortamında simülasyon analizleri yapılmıştır. Tasarlanan evirici kaskat yapısıyla, modül eklenerek veya çıkarılarak istenilen seviyede çıkış gerilimi üretebilme kapasitesine sahiptir. Yarı-empedans kaynaklı bir evirici olması verimli, düşük maliyetli ve boyut avantajı sağlayan çıkışta gerilimi tek kademede yükseltip/alçaltabilen bir evirici olmasını sağlamıştır. Ayrıca, çok seviyeli bir evirici olması çıkış geriliminin sinüse yakın olmasını, böylece çıkışta kullanılacak filtre boyutunun azaltılmasını sağlayacaktır.
Topoloji optimizasyonu ve üretken tasarım yaklaşımlarının uçak yolcu koltukları üzerinde uygulanması ve analizleri
Tasarım bir araştırma sürecidir. Tasarımcı veya mühendisler, amaca ve konuma uygun çeşitli tasarımlar oluştururlar. Bu tasarımlar geleneksel üretim yöntemleri başta olmak üzere çeşitli üretim yöntemleri için tasarlanabilir ve oluşturulabilir. Tasarım oluşturulurken parametrelerin sayısının artması oluşturulacak tasarımın hatlarının belirginleşmesi açısından önemlidir. İstenilen parametrelere uygun çeşitli tasarım seçenekleri oluşturabilmek zorlu ve uzun bir süreçtir. Gelişen teknoloji; bir çözümün tüm olası permütasyonlarını araştırarak hızlıca tasarım seçenekleri oluşturan çeşitli tasarım yazılımları sunmaktadır. Bu sayede yazılım, mühendislerin düşünebileceğinden çok daha fazla alternatifi çok kısa bir süre içerisinde sunarak süreci hızlandırır ve mühendis odağını üretimin bir sonraki adımına aktarır. Tasarım sürecinden edilen tasarruf sayesinde oluşturulacak tasarımın verimlilik ve performans çalışmaları için zaman artışı sağlanır. Havacılık, uzay ve otomotiv sektörlerinde kütle taşınımı önemli bir parametredir. Bu sektörlere hizmet eden tasarımcılar, oluşturulacak tasarımlarda minimum kütle hedefiyle ilerleyerek yakıt kullanımında azalma ve performansta artış sağlamayı amaçlamaktadır. Topoloji optimizasyonu ve üretken tasarım yaklaşımları tam da bu noktada tasarımcıya destek vermektedir. Topoloji optimizasyonu, verilen kriterler doğrultusunda geleneksel üretim yöntemleri ile üretilmiş parçanın tasarımını doğadan esinlenerek kuvvet taşımayan noktalardan kütle çıkararak yenilikçi bir tasarım oluşturmayı hedefler. Üretken tasarım ise aynı amaca hizmet eden fakat birden fazla alternatif tasarım sunabilen bir yaklaşımdır. Bu sektörlerde dünya devi olan birkaç firma üretken tasarım metodunu tasarımlarına dahil etmiştir. Örneğin havacılık sektöründe AirBus, uçaklarda hostes kabini ile yolcu kabinini ayıran paneli üretken tasarım yöntemi ile hafifletmiş ve sonucunda daha az yakıt harcayan daha hafif bir uçak oluşturmuştur. Başka bir örnek olarak otomotiv sektöründe General Motors, emniyet kemerinin takılı olduğu koltuk braketinin üretken modelini oluşturmuştur. Seçilen tasarım orijinal parçadan % 40 daha hafif ve yüzde % 20 daha güçlüdür. Aynı zamanda ulaşım araçları ne kadar hafif olursa o kadar az yakıt kullanır ve doğaya o kadar az zararlı gaz yayar. Bu da üretken tasarımın dolaylı yoldan çevreye katkısını yansıtmaktadır. Performans parametrelerinde düşüş olmadan kütle ve hacimde azalmaya giden bu yenilikçi tasarım yaklaşımları; malzeme tasarrufu, zaman tasarrufu, kısa sürede yüksek miktarda kullanılabilir tasarım alternatifleri gibi tasarım süreçlerine sağladığı katkılar sonucu tasarımcılar tarafından kullanımını giderek arttırmaktadır.
Mısır tarlasında görüntü işleme yöntemi ile yabancı otların tespiti
Mısır, tarımsal açıdan büyük öneme sahip olan bir bitkilerin başında gelmektedir. Dünyanın en önemli tahıllarından biri mısırdır. Ancak mısır bitkisi, yabancı otlarla mücadele açısından biraz hassas bir bitkidir. Bu yabancı otlar, mısır bitkisinin büyümesini ve verimini olumsuz etkilemektedir. Bu nedenle mısır yetiştiriciliğinde yabancı ot tespiti ve kontrolü büyük önem taşır. Bu yabancı otların mısırın v5 gelişim evresine kadar olan yabani otları tanımlamak için görüntü işlemeyi kullanmak, tarım üreticilerine büyük kolaylık sağlayıp otomatik algılama ve kontrol imkânı sağlanması hedeflenmiştir. Bu teknolojiler, tarımsal verimi artırmak ve yabancı ot kontrolünü etkinleştirmek için önemli araçlardır. Bu çalışmada, Roboflow ile makine öğrenmesinden yararlanarak kendi görüntü veri setlerimizi oluşturup, eğitimde kullanılacak görüntülerdeki yabancı otların mısırdan ayrıştırılıp, tespit edilmesi işlemi yapılarak kendi veri setimiz oluşturulmuştur. Roboflow üzerinden online oluşturduğumuz veri setini Google Colab' a eklenmesi sağlanmıştır. Yüksek doğruluk oranına sahip nesne tanımlama algoritmaların öncülerinden Yolo v9 derin öğrenme kütüphanesini de dahil edip, geliştirdiğimiz algoritma ile oluşturduğumuz veri seti üzerindeki mısır dışındaki yabancı otların tespitinin sağlanması hedeflenmiştir. Ayrıca mısır tarlası içerisindeki yabancı otların yoğunlukta olduğu kısımlar bölgeler halinde belirlenmiştir. Böylece o bölgelere lokal ilaçlama yapılarak hem ilaç maliyetinden tasarruf hem de sağlıklı mısırların daha az kimyasala maruz kalacağından dolayı aynı zamanda daha çevreci bir sistem yapılması sağlanmıştır.
Kamera ve görüntü işleme kullanılarak boru ve profil çapının ölçülmesi
Bu tez Phyton dili ile kodlanmış olup, kamera ile anlık olarak görüntü işleme kullanılarak boru ve profil dış çap ölçümü yapan bir algoritmadır. Boru ve profil üretimi yapan demir çelik sanayisinde, sürekli olarak çap ölçümü yapılması gerekmektedir. Ölçüm yapılmasının sebebi belirli yerlere farklı ölçülerde değişen çaplarda boru ve profil üretilmesidir. Üretim esnasında şekil verilen slablarda makaraların konumlarına bağlı olarak bazen çaplarda oynama olmaktadır. Ölçüm manuel olarak kumpas ile yapıldığından dolayı bozuk çapta boru ve profil üretilebilmektedir. Üretimler ise satılamamakta ve fire olarak ayrılmaktadır. Bundan dolayı zaman kaybı yaşanmakta ve ciddi ölçüde zarar edilmektedir. Yapılan algoritma, görüntü işleme yöntemi kullanılarak OpenCV kütüphanesi aracılığı ile yapılmıştır. Algoritmanın amacı sürekli olarak kameradan çap ölçüm işlemini gerçekleştirilmesi ve bu sayede ilk seferde doğru bir üretim almaktır. Sistem otomatik olarak çap ölçümü gerçekleştirdiğinden dolayı bu yaklaşım ile birlikte manuel olarak ölçüm işlemini ortadan kaldırılmıştır. Ekran üzerinde boru ve profiller için ayrı ayrı seçenekler sunulmuştur, bu sayede hem boru hem de profiller için ölçüm yapılabilme imkanı sağlanmıştır. Tolerans değeri ile girilen aralık değerleri haricinde, kırmızı renk ile fark kadar, büyük, küçük şeklinde uyarı vermektedir. Girilen değerlere göre önceden ölçülmüş olan boru ya da profile göre kalibrasyon yapılması gerekmektedir. Ölçülen boru ya da profilin kamera ile mesafesini ve açısını ayarlamak gerekmektedir, bu sayede kalibrasyon yapılmış olmaktadır. Gri renk skalasına göre kontur ve eşikleme yapmaktadır. Bu sayede gri renk çerçeve içine alınarak ölçüm doğruluğu artırılmış olmaktadır. Yazılımda, ekipman olarak harici kamera kullanılmıştır ve bu sayede istenilen pozisyon aralığında görüntü alması kolaylaştırılmıştır. Kamera mesafesi ölçüm aleti ile ölçülen çapa göre değişmektedir.
Görüntü işleme temelli otonom sıra arası çapalama robotu
Günümüzde mobil robot teknolojisi birçok sektörde oldukça yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Mobil robotlar fiziksel olarak belirli bir noktaya sabitlenmemiş, daha önceden tanımlanmış bir alanda hareket ederek istenilen görevleri yerine getirebilmektedir. Bu robotlar sayesinde insanların yapacağı tekrarlı operasyonel işlemler hızlı ve insandan bağımsız bir şekilde yapılabilmektedir. Bu tez çalışmasında ülkemizin önemli ihraç ürünleri arasında yer alan tütün bitkisinin üretiminde yabani otların oluşturduğu yüksek verim kaybını önleyen ve toprağı havalandırarak verim artışı sağlayan, kullanımı kolay çiftçi dostu tam otonom bir tarım robotu tasarlanmıştır. Öncelikle robotun çalışacağı alanla ilgili araştırmalar yapılarak robota toprak tarafından gelen yüklerin etkileri hesaplanmıştır. Hesaplamalar sonucunda mekanik ve elektronik tasarımlar tamamlanmıştır. Mekanik analizler Solidworks programının simülasyon ve hareket analizi ortamında gerçekleştirilmiştir. Ardından robotun otonom bir şekilde sıra aralarında gezmesini sağlayan görüntü işleme yazılımı geliştirilmiştir. Görüntü işleme yazılımı, derin öğrenme algoritması olan YOLO (You Only Look Once) kullanılarak geliştirilmiştir. Sonuç olarak bu tez çalışması ile tütün tarımında yabani ot kontrolünü otonom bir şekilde sağlayacak olan mobil tarım robotu tasarımı gerçekleştirilmiştir.
Güneş enerji sistemleri için şebeke bağlı yarı-empedans kaynaklı tek fazlı invertör ve maksimum güç noktası takip algoritması tasarımı
Bu tezin başlıca amacı güneş enerji sisteminde (PV) üretilen elektrik enerjisinin şebekeye tek kademede ve verimli olarak aktarılabilmesidir. PV sistemlerde paneller enerji üretim yöntemlerinden en sık kullanılanıdır. PV paneller güneş enerjisinden aldığı enerjiyi DC (Doğrun Akım) gerilime dönüştürür. PV paneller PV hücrelerden oluşur ve her bir hücre yaklaşık olarak 0.5Vdc gerilim üretebilir. Bu hücrelerin belli sayıda bir panelde bir araya gelmesiyle PV panel çıkışında yaklaşık 12-20V bir gerilim çıkışı olacaktır. Bu çıkış geriliminin 220Vrms şebeke gerilimine uyarlanabilmesi için PV panel çıkış geriliminin hem AC (Alternating Current)'ye dönüştürülmesi hem de 220Vrms seviyesine yükseltilmesi gerekir. Geleneksel olarak yapılan PV panellerde üretilen DC gerilimin DC/DC dönüştürücüler ile yükseltilip, DC/AC invertör ile şebekeye veya yüke aktarılmasıdır. Bu iki kademeli dönüştürme yöntemi devre boyutu, maliyetini arttıracak ve sistemin toplam verimin düşmesine sebep olacaktır. Bu sebeple bu tez kapsamında Yarı Empedans Ağı (Quasi-Z-Source - QZS) yapısına sahip tek fazlı bir invertör devresi tasarlanacaktır. QZS ağı sayesinde PV panellerde üretilen gerilim ilave bir DC/DC dönüştürücüye gerek kalmadan tek kademede yükseltilebilecektir. Böylece devrede boyut ve maliyet avantajı sağlandığı gibi tasarım karmaşası azaltılacaktır. Ayrıca devrede uygulanacak Maksimum Güç Noktası Takip (MPPT) algoritması ile PV panellerde üretilen güç en yüksek seviyede şebekeye / yüke aktarılabilecektir.
Kornea sütur robotu tasarımı, analizi ve uygulaması
Cerrahi operasyonlarda Laparoskopik robotların kullanımı son yıllarda gün geçtikçe artmaktadır. Bu robotlar, özellikle hassas dokuların üzerindeki uygulamalarda, operatör cerrahların insiyatifini en aza indirgeyerek insan hatasından kaynaklı doku travmalarının önüne geçilmesinde ciddi bir avantaj sağlamaktadır. Kornea nakli ameliyatlarında; kornea dokusu zarar görmüş, görme yetisini kaybetmiş veya kaybetmekte olan hastaların korneaları, donörlerden alınan kornealarla değiştirilerek hastalara görmelerini geri kazandırmak amaçlanmaktadır. Bu ameliyatlar zorunlu olup; müdahalenin olmadığı ya da uygun donör korneanın bulunamadığı durumlarda, hastalar görme yeteneklerini tamamen kaybetmektedir. Operasyonun her basamağında olduğu gibi, donör korneanın hastanın gözüne dikilme basamağı da operasyonun başarısına büyük etki etmektedir. Tez konusunun amacı, kornea nakli operasyonlarında kritik öneme sahip olan sütur(dikiş) atma işlemini gerçekleştirebilecek robotik bir sistem geliştirmektir. Klasik çift kollu sitemler yerine, tek bir robotik kolla sütur atabilecek, yeni ve özgün bir tasarımın yapılması hedeflenmiştir. Keratoplasti adı verilen bu ameliyatlarda, donörden alınmış sağlıklı korneanın hastaya nakli sırasında standart bir tedavi yöntemi oluşturmak ve dikim başarısını arttırmak birincil hedefler arasında olmuştur. Vücuttaki diğer dikim operasyonları karşılaştırıldığında, kornea dikimi ciddi bir operasyon olup, oluşabilecek ufak hatalar ciddi görme bozukluklarına sebep olmaktadır. Hataların en aza indirilmesi ile gözde oluşabilecek yüksek derecelerde görme kusurlarının engellenmesi hedeflenmiştir. Gelişen teknoloji ile birlikte, geçmişte sütur atılmasının gerekli olduğu birçok ameliyat günümüzde; bıçaksız ve sütursuz bir şekilde gerçekleştirilebilirken; kornea nakli ameliyatlarında ise halen sütur tekniği kullanılmaktadır. Sütur işleminin bu denli önemli olduğu bu ameliyatlarda; doktorların kullanabileceği ve ameliyat sürecini standartlaştırabilecek mikro-robotik bir sisteme ihtiyaç duyulmaktadır. Donör kornea, yapısı itibari ile çok hassas bir dokudur. Bu nakil ameliyatı sırasında yapılan her müdahale; her bir süturun, bu dokuda travmatik bir etki yaratmasına sebep olmaktadır. Bu etkiler, ameliyatın başarı kıstaslarından en önemlisini oluşturmakta ve travmatik etkilerin en aza indirgendiği ameliyatlar, başarılı olarak değerlendirilmektedir. Operasyon esnasında; atılması gereken bir süturun uygunsuzluğundan dolayı tekrarlanması, bahsedilen travmatik etkiyi arttırmaktadır. Tez kapsamında geliştirilen Kornea Sütur Robotu; bu ameliyatların başarı oranını, dolayısıyla hastanın ameliyat sonrası yaşam kalitesini arttırabilecektir. Tez çalışması sonunda ortaya konulan ilk prototip, alanında dünyada bir ilk olma özelliği taşımaktadır. Bu tez çalışması dahilinde, uygulama fikri ortaya konan Kornea Sütur Robotu'nun konsept mekanik çalışmaları yapılarak uygulanacak mikro sistem mekanizması tespit edilmiş ve 10:1 ölçekli versiyonu üretilerek çalışabilirlik testleri yapılmıştır. Akabinde belirlenen konsept yapının mikro sisteme adapte edilmesi üzerine tasarımsal ve üretimsel ar-ge çalışmaları gerçekleştirilerek, ortaya çıkan tasarımın matematiksel modelleri ve statik hesaplamaları gerçeklenmiştir. Tez sonunda imal edilen mikro yapıdaki Kornea Sütur Robotu test ve deneyleri gerçekleştirilmiş ve sonuçlar ortaya konmuştur.
Teşhis ve tedavi amaçlı zeki robotik rehabilitasyon sistemi
Bu tez çalışmasında, bilek ve önkol rehabilitasyonu sürecinde fizyoterapist ve doktorlara teşhis ve tedavide yardımcı olmak üzere zeki bir robotik rehabilitasyon sisteminin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu kapsamda biyomekanik ölçümleri yapan ve aynı anda iki hastanın tedavisinin mümkün olduğu, konvansiyonel terapatik egzersiz türleri olan pasif, aktif yardımlı, germe, izometrik, izotonik ve rezistif egzersizlerin yanı sıra eklem hareket açıklığına göre değişken direncin uygulandığı değişken dirençli rezistif (vario – rezistif) egzersizleri gerçekleştirebilen özgün bir robotik sistem tasarlanmış ve üretilmiştir. Sistemin kontrolü için bireylerin fiziksel özellikleri (yaş, cinsiyet, boy, kilo, kolun periferik ölçümleri) ile biyomekanik ölçümlerini (sıkma kuvveti, eklem hareket açıklığı, eklem kuvvet/tork değerleri) kullanarak bilgi ve kural tabanlı algoritmalar ile bireyin eklem hareket açıklığı ve eklem kuvvet/tork değerlerindeki eksikliği teşhis eden, bu eksiklik derecesine göre egzersiz tür ve parametrelerini uzmanlara öneren, konvansiyonel kontrol metotları ile tedavi amaçlı olarak terapatik egzersizleri gerçekleştiren yapay zekâ tabanlı bir zeki kontrolcü yapısı geliştirilmiştir. Sistem, fizik tedavi ve rehabilitasyon sürecinde hasta, uzman ve robot arasında iletişimi sağlayan, uzmanların süreci uzaktan izleyerek müdahale edebildiği bir mobil uygulamaya sahiptir. Sağlıklı ve hasta gönüllülerle yapılan testler sonucunda, geliştirilen zeki robotik rehabilitasyon sisteminin bilek ve önkol fizik tedavi ve rehabilitasyonunda hem teşhis hem de tedaviyi gerçekleştirebildiği gösterilmiştir. Bu çalışmanın literatüre katkısı, geliştirilen özgün zeki kontrolcü yapısı ve robotik mekanizma sayesinde üst uzuvların fizik tedavi ve rehabilitasyonunda teşhis ve tedaviyi yapabilmesidir.
Developing a haptic hand interface with force feedback from virtual environment and controlling it via electromyography signals
A multi-functional human-machine interface was designed to assist fingers flexion and extension motions. The proposed exoskeleton system may help and improve the rehabilitation progress of hand fingers. This system was designed with 2 degrees of freedom (DOF) for the thumb finger and 3 DOF for the other fingers actuated via direct-driven linear DC actuators, which had PID position and force controllers. An electromyogram (EMG) armband with a built-in gyroscope and accelerometer unit supplies EMG and hand orientation signals to synchronize the exoskeleton hand and fingers with the ones designed in a three-dimensional virtual environment. In addition, this exoskeleton system has also a novel force sensing mechanism designed to sense fingertip forces and also help the motors freely follow human finger movements with a minimal resistance in its virtual reality applications. A contact detection method was developed and applied to sense the 3 dimensional (3D) objects in the virtual environment. The studies showed that the position and force feedback controllers suitably worked for both sensing the 3D virtual objects and for the mechanism's following the user fingers' movements with minimal resistance. In conclusion, such a mechanism with proposed special capabilities could be used to be utilized for finger rehabilitation and also haptic training applications.