Pnömatik yapay kas tabanlı üst ekstremite manipülatöründe agonist-antagonist kontrol

Son zamanlarda robotları boyama, montaj, kaynak, kaldırma, yerleştirme vs. pek çok alanda görmekteyiz. Bu uygulamalar çoğunlukla insansı robotlar tarafından yapılmaktadır. İnsansı robotlar insan hareketlerini taklit etmeyi amaçlayan robotlardır. İnsansı robotlarda genellikle esnek yapısı nedeniyle insan kasına benzediğinden pnömatik yapay kaslar (PYK'lar) kullanılmaktadır. Bu çalışmada agonist- antagonist kas çiftini oluşturan PYK hakkında ayrıntılı araştırma yapılmış PYK çeşitleri, özellikleri, avantajları, dezavantajları ve çalışma prensibi açıklanmıştır. PYK'lar bakım kolaylığı, düşük maliyeti ve yüksek kuvvetlere dayanabilmesi nedeniyle günümüzde oldukça tercih edilen bir aktüatördür. PYK'yı daha yakından incelemek amacı ile statik modeli tasarlamak için deney düzeneği hazırlanmış, elde edilen veriler ile PYK'nın statik modelinin denklemi başarı ile bulunmuş ve katalog verileri ile karşılaştırılmıştır. Statik kuvvet haritası; kuvvet, basınç ve uzunluk arasındaki ilişkiyi tanımlar. PYK'lar genellikle yüksek kuvvetlere çıkabildiğinden PYK'nın statik kuvvet haritasını oluşturmak oldukça önemlidir. PYK'nın statik kuvvet haritası için ayrı bir deney düzeneği oluşturulmuştur. Bu veriler ile kuvvet haritası oluşturulmuştur. PYK'nın kuvvet modeli matematiksel olarak modellenmiş ve akademik çalışmalar sonucu bulunan diğer kuvvet modelleri ile karşılaştırılmıştır. Agonist antagonist kaslar canlılarda eklem hareketinin oluşmasını sağlayan insanda kol ve bacaklarda bulunan birbirine zıt yönlü çalışan kaslardır. Bu çalışmada agonist-antagonist kasların çalışması hakkında açıklamalar yapılmış ve Agonist-antagonist kasların matematiksel modeli verilmiştir. agonist-antagonist kasların kontrolü hakkında literatür taraması yapılmış ve literatürde genellikle iki PYK kullanıldığı gözlemlenmiştir. Bu alanda kullanılan kontrol yöntemleri model tabanlı kontrol ve modelden bağımsız kontrol olarak iki tip olduğu görülmüştür. Kontrol stratejisi olarak Empedans kontrol, PID (Proportional, Integral, Derivative) kontrol, kayan kip kontrol (Sliding Mode Control-SMC), bulanık(fuzzy) kontrol ve Yapay sinir ağı gibi kontrol türleri kullanıldığı gözlemlenmiştir. Bu çalışmada kontrolör olarak PID Kontrolcü seçilmiştir. Model tabanlı kontrolün zorluğundan dolayı modelden bağımsız kontrol yöntemi tercih edilmiştir. Literatürdeki iki PYK kullanımı aksine maliyet açısından tasarruf sağlamak amacı ile bir PYK ve bir yay ile agonist-antagonist kasın konum kontrolü PID kontrolör kullanılarak yapılmıştır. Eklem hareketinin doğruluğu hem dijital ortamda hem de deney düzeneği üzerinde gözlemlenmiş ve kanıtlanmıştır.