Staubli RX160 manipülatörün sensörsüz kuvvet kontrolü

Son yıllarda gelişen teknoloji ile endüstriyel robotların saniyede kullanımı oldukça artmaktadır. Saniyede kullanılan robotlar sayesinde firmalar zamandan, iş gücünden, maliyetten tasarruf ederken, hem de ürettikleri ürünleri daha kaliteli ve hassas üretebilmektedirler. Sanayide kullanılan endüstriyel seri manipülatörlerin çoğu gerek düşük maliyeti gerekse de kolay uygulanabilirliği nedeni ile geleneksel PID(orantısal, integral, türev) kontrol stratejisi ile sabit kazanç katsayıları değiştirilerek kontrol edilmektedir. Fakat bu yöntem robotların doğrusal olmayışı ve eklemlerin bir birine bağlantılı olması nedeniyle hızın arttığı çalışma aralıklarında iyi sonuçlar vermemektedir. Diğer bir taraftan ise sadece konum kontrolü strateji ile endüstriyel robotları kontrol etmek nokta kaynağı, sprey boyama yada hafif yüklerin bir yerden bir yere taşınması sırasında daha çok robot uç noktasının uzayda serbest hareketinin önemli olduğu uygulamalarda başarı sağlamaktadır. Lakin çapak alma, taşlama ve montaj gibi işlemler sırasında robot uç noktasının çevresi ile ciddi etkileşimlere girdiği durumlarda pozisyon kontrolü yerine empedans, hibrid gibi hem konum hem de kuvvet kontrol algoritmalarının beraber uygulandığı kontrolörler önem kazanmaktadır. Bu tezde, İTÜ Mekatronik Eğitim ve Araştırma Merkezinde bulunan altı serbestlik dereceli Staubli RX-160 manipülatörleri kullanılarak robotun geometrik, kinematik ve dinamik modeli elde edilip, konum ve sensörsüz kuvvet kontrolleri gerçekleştirilmektedir. Yapılan tez başlıca 5 bölümden oluşmaktadır. İlk bölümde tez çalışması sırasında kullanılan Staubli RX-160 manipülatörünün hem donanım hem de yazılım kısmı anlatılmaktadır. İkinci bölümde Staubli firmasından alınan ölçü ve parametreler sayesinde Matlab programı kullanılarak, robotun önce ileri geometrik modeli sonra ise ters geometrik modeli elde edilmektedir. Elde edilen ileri geometrik model sayesinde robot eklemlerinin hızları ile uç noktanın hızı arasındaki ilişkiyi veren Jakobiyen matris elde edilmektedir. Daha sonra Staubli firmasından alınan robot uzuvlarına ait kütle ve eylemsizlik matrisleri kullanılarak robotun dinamik modelini açıklayan Euler-Lagrange denklemleri elde edilmektedir. Bu bölümde en son olarak analitik denklemlerden elde edilen robot dinamiğine sürtünme ve yay modelleri eklenerek robotun nihai dinamik modeli kurulmaktadır. Üçüncü bölümde tez sırasında robota uygulanan kontrol algoritmaları elde edilmektedir. Elde edilen ilk kontrol algoritması, görev uzayında uygulanan ters dinamik konum kontrolüdür. Ayrıca kontrol algoritmalarında referans giriş olarak kullanılan yörüngeler de bu bölümde tanımlanmaktadırlar. Robot ile çevresi arasında temas olduğunda, tepki kuvveti oluşmaktadır. Oluşan tepki kuvvet ve moment değerleri genellikle kuvvet-moment sensörleri ile elde edilmektedir. Fakat tez sırasında tepki kuvvet ve momentleri farklı olarak bozucu tork denklemi kullanılarak elde edilmektedir. Son olarak, kuvvet kontrol algoritmaları olan hibrid konum/kuvvet ve empedans kontrol algoritmaları açıklanıp, benzetimleri yapılmaktadır. Dördüncü bölüm, ikinci ve üçüncü bölümlerin sonunda elde edilen model ve kontrol algoritmalarının deneysel olarak doğrulandığı bölümdür. Konum ve sensörsüz kuvvet algoritmalarının deneysel sonuçları bu bölümde ayrı ayrı elde edilmektedir. Son bölüm sonuç bölümü olup, tez sonunda elde edilen gözlemler, yaşanan zorluklar anlatılıp, çeşitli sonuçlar çıkarılmaktadır.