Altı serbestlik dereceli haptik robot ile teleoperasyon ve sistem dinamiği

Teleoperasyon, insanları bilinmeyen ortamlardaki görevlere hazırlama ve geliştirme olanağı sağlayan bir robot teknolojisidir. Teleoperasyon sistemleri insanların erişemediği noktalarda ya da insan güvenliğinin olmadığı ortam hakkında bilgi edinilmesi ve gereken verilerin toplanması için kullanılmaktadır. Bir diğer teleoperasyon tanımı ise robotların eylemlerinin bir kullanıcı tarafından uzaktan kontrol edilmesi anlamını taşımaktadır. Haptik sistemlerin gelişimiyle robotlar hissetme ve hissettirme gibi özelliklere kavuşmuşlardır. Günümüzde haptik, sanal veya gerçek ortamlardaki dokunmayla ilgili bilimin adı halini almıştır. Haptik manipülatörler ve arayüzler kuvveti hissetmemize yarayan, sanal ortamdaki cisimlere dokunma, onları hissetme, kontrol etme ve düzenlemeye imkân veren sistemlerdir. Bu tezin hedeflerinden biri sanal ve gerçek zamanlı robotların tele operasyonunu gerçekleştirmektir. Bu kapsamda Phantom Omni haptik 6 serbestlik dereceli cihaz kullanılarak 6 serbestlik dereceli endüstriyel robotun 3 serbestlik dereceli sanal modeli ile etkileşim sağlayabilen bir arayüz geliştirilmiştir. Kullanıcı haptik arayüz noktasını hareketlendirerek sistem için pozisyon, hız ve ivme girdisi oluşturmaktadır. Geliştirilen algoritma ile bu girdiler kullanarak kullanıcıya geri besleme olarak kuvvet ve sanal robotun görsel hareketi elde edilmektedir. Kuvvet geri beslemesi endüstriyel robotun oluşturulan dinamik modeli aracılığı ile hesaplanmaktadır. Sanal robot hareketlerinin kullanıcıya görsel geri besleme olarak sağlanması için bir görsel arayüz tasarlanmıştır. Tasarlanan görsel arayüz, içerisinde endüstriyel robotun katı modelinin konumlandığı sanal bir ortamı göstermektedir. Oluşturulan sanal ortam ve görsel arayüz Matlab paket programı kullanılarak geliştirilmiştir. Sanal endüstriyel robotun gerçek boyutları fabrika üretim tesislerinden elde edilerek CAD modeli katı modelleme paket programında oluşturulmuş ve sanal ortam oluşturmak için Matlab paket programında bulunan sanal gerçeklik araç kutusu (VR) kullanılmıştır. Phantom Omni haptik robot ve sanal 6 serbestlik dereceli endüstriyel robot için kinematik, ters kinematik, dinamik ve ters dinamik modelleri elde edilmiş ve gerçek-sanal robotların kontrolünde PD ve PID tabanlı ileri beslemeli hesaplanmış tork kontrol yöntemleri gerçek ve benzetim ortamında gerçekleştirilmiştir. Bu tezin hedeflerinden ikincisi gerçek ve sanal robotlar arasında tek yönlü(unilateral) hareket kontrolünü gerçekleştirmektir. Bu kapsamda 3 serbestlik dereceli robot kol için kinematik, ters kinematik ve jakobiyen matrisleri elde edilmiştir. Bu kısımda Phantom Omni haptik robot ile sanal endüstriyel robot ve 3 serbestlik dereceli robot kol ile hareket kontrolü gerçekleştirilmiş ve sonuçları irdelenmiştir. Hedeflenen çalışmalardan üçüncüsü olan sanal robot ve teleoperasyon ile iki yönlü (bilateral) kuvvet ve hareket kontrolünde PID ve kendinden uyarlamalı (adaptive) hesaplanmış tork kontrol yöntemi ile gerçekleştirilmiş, benzetim ve gerçek ortamda uygulanmış, sonuçları irdelenmiştir. Sonuçlar grafiksel olarak elde edilmiş ve değerler tablolar haline getirilerek irdelenmiştir. Sonuç olarak, denetim algoritmalarının performansları dikkate alındığında kendinden uyarlamalı hesaplanmış tork (Adaptive Based –CTC) denetim algoritmasının kullanılan denetim algoritmalarından daha iyi bir performans elde edildiği ve uygulanabilir oldukları görülmüştür. Bu tez kapsamında geliştirilen programlar, sanal robot ve haptik cihaz hakkında gelecekteki çalışmalar için kullanılabilir.