BİR SCARA ROBOTUN PD VE ÖĞRENME DENETLEYİCİLER İLE PERFORMANSININ KARŞILAŞTIRILMASI

Transkript

1 BİR SCARA ROBOU PD VE ÖĞREME DEELEYİCİLER İLE PERFORMAS KARŞLAŞRLMAS Sehan YAMAÇL Hüseyin CABOLA Elektonik e Bilgisaya Eğitii Bölüü asus eknik Eğiti Fakültesi Fakültesi Me Üniesitesi, 338, asus, Me Elektik-Elektonik Mühendisliği Bölüü Mühendislik Fakültesi Me Üniesitesi, 3333, Çiftlikköy, Me e-osta: syaacli@eedut e-osta: huseyinc@eedut Anahta sözcükle: Konu izlee, SCARA tii obo Siulink, öğene etotlu kontolö ABSRAC his ae esents a coaison of the contol of SCARA obot aniulatos utilizing a ootionaldiffeential (PD) contolle and a leaning-based contolle Coute siulations of an exeiental SCARA-tye aniulato ae caied in MALAB- Siulink enionent Siulation esults show tha leaning contolle educes the osition eo effectiely without adding so uch colexity to the syste GİRİŞ Robot aniülatölei, dikdötgensel, silindiik, küesel gibi biçok şekilde haeket edebilecek şekilde geçekleştiilebilile Endüstiyel açıdan bakıldığında, üeti bandında ye alan tut-e-koy, egite e boyaa gibi işlele için, çokça kullanılan bi obot tii Seçici Uyulu Ekleli Robot Kolu (Selectie Coliance Aticulated Robotic A-SCARA) tii obottu SCARA tii obotun, genellikle döt sebestlik deecesi adı Ouz, disek e bilek eklelei seo otola asıtasıyla haeket ettiiliken, dödüncü haeket nöatik olaak sağlanaktadı Uygulaaya bağlı olaak çok değişik tite obot aniülatölei tasalanaktadı, ancak obotun kol şekli kada öneli olan bi nokta da, obota istenen haeketi en az hata ile yatıabilecek olan kontolöün tasalanasıdı Liteatüde obot kontolüne yönelik klasik oansal-integal-tüesel (PD) kontolölein yanında [], daha az hatayı sağlaak üzee adatif [, 3], öğene [-9], yaay zeka algoitalaını [,] e bulanık antık algoitalaını [6] kullanan çeşitli kontolölein tasalanasına e bu algoitalaın ikoişleci üzeinde geçekleştiilee yönelik çalışala hız kazanıştı Bu çalışada, Seent- odeli bi SCARA obot aniülatöünün, oansal-tüesel (PD) e tekalıöğene (eetitie-leaning) algoitası kullanan denetleyicile ile kontol edilesi sonucunda elde edilen efoanslaın kaşılaştıılası yaılaak, öğene algoitasının getiiş olduğu hata azalası ile sistee ekleiş olduğu kaaşıklığın bi değelendiilesi yaılıştı SCARA-İPİ ROBO KOFİGÜRASYOU Bu çalışada ele alınan SCARA-tii obo ouz e disek eklelei seo otolala kontol edilen, üçüncü haeketi nöatik olan deneysel bi obottu e katezyen koodinat sisteindeki şekli, Şekil- de gösteilişti [, -] Şekil- SCARA-tii obot konfigüasyonu [] Bu obotun elektiksel e ekanik denklelei La La a a Ra R a a a Ke V a K e Va ()

2 K K a a () F C D E B A (3) ile eilebili (3) denkleindeki atis eleanlaı ise, ) ( A () B () C (3) D () E (5) F (6) şeklindedi Bu denklelede; e oto akılaını, e oto geilileini, e otolaın üetiş olduğu toklaı, a a a V a V e kol açılaını, e ise oto açılaını gösteektedi Denkleledeki fiziksel aaetele e Seent- odel obot için değelei ise ablo- de eilektedi [] ablo-: Robot aaetelei e değelei Paaete Anlaı Değei a L otoun sagı endüktansı 3H a L otoun sagı endüktansı 3H a R otoun sagı ezistansı 35 Ω a R otoun sagı ezistansı 35 Ω e K otoun tes ek sabiti 7Vs/ad e K otoun tes ek sabiti 7Vs/ad K otoun tok sabiti 7/A K otoun tok sabiti 7/A kol ataleti 98kg kol ataleti 98kg oto ataleti 33-6 kg oto ataleti 33-6 kg kol kütlesi 9 kg kol kütlesi 93 kg kol uzunluğu 5 kol uzunluğu 5 dişli kutusu oanı 9 dişli kutusu oanı 3 PD VE ÖĞREME DEELEYİCİLER Kontol sisteleinde sıklıkla kullanılan denetleyici yaılaından bii oansal-tüesel (PD) kontolödü PD kontolöün aantajı, denetleyici sisteinin kolaylıkla geçekleştiilebilesidi Özellikle düşük işle hızı olan ikodenetleyici sisteleinde PD kontolö kullanılabilektedi Diğe taaftan kullanıının basitliğine ağen, sağladığı efoans gelişiş denetleyici sisteleine göe düşüktü Günüüzde öne çıkan yüksek efoanslı denetleyicileden üçü; öğene etodu kullanan algoitala, yaay zeka uygulaası e bulanık antık kullanan denetleyiciledi Yaay zeka e bulanık antık kullanan denetleyicilede yüksek efoans elde edilebilekte ancak özellikle yaay

3 zeka e bulanık antık uygulaalaında, önceden bi eğiti aşaasının geekesi e he yeni konu fonksiyonuna göe siste aaeteleinin değiştiilein geekliliği bu sistele açısından bi dezaantaj oluştuaktadı [] Bunun yanında, öğene algoitası kullanan denetleyicile diğe bi seçenek olaak otaya çıkaktadı e liteatüde öğene etoduna yönelik çalışala ataktadı [- 9] PD kontolöün teel denklei de( Vk ( K e( Kd (5) dt şeklinde ifade edilebili Buada e( hata işaetini, K, oansal kontol sabitini, K d ise tüesel kontol sabitini gösteektedi Diğe taaftan öğene algoitalaının obot kontolünde kullanıına yönelik çalışaladan bii, Messne e Hoowitz in yaış olduğu çalışadı [5] Yine elez adatif/öğene etodunu kullanan çalışala ise Dawson e Canbolat taafından 995 yılında ideleniş e bu yöntelein kullanıının sağlayacağı iyileştiele, Uğuz e Canbolat taafından liteatüe sunuluştu [7, 9] [5] de öneilen tekalaalı-öğene denetleyiciin teel denklei ( wˆ ( F e ( F e( d ( x, x ) q şeklindedi Bu denklede; n ( e ) (6) ( üetilen tok, ˆ ( ekanik belisizliklei içeen fonksiyon, F e F, PD kazançla, e ( efeans hız hata fonksiyonu, e ( konu hata fonksiyonu, d ( x, x ) sütüne koanzasyon fonksiyonu, q n (e) ise, eğisel bi koanzasyon fonksiyonudu Bu denkleden de göülebileceği gibi, tekalı-öğene algoitasının içinde de PD ekanizası adı, aa buna ek olaak getiiş olduğu fak, bilineyen eiyodik etki fonksiyonu, wˆ (, ile öğenenin elde edilesidi (6) daki bileşenleden konu hatası w ile tanılanı Buada konuu, ( x d x( aniülatöün geçekleşen ise aniülatöün istenen konuudu Refeans hız hata fonksiyonu ise, e ( e& ( λe (, λ > (8) olaak eili Eğisel koanzasyon fonksiyonu ise, n q ( e ) σ e e (9) ile eilektedi Öğeneyi geçekleştien eiyodik etki fonksiyonu ˆ ( ise, w wˆ ( K( τ ) cˆ( τ ) dτ () cˆ( τ ) K( τ ) K t L R e( () ile eili Buada, K ( τ ) tasaıcının seçebileceği bilinen bi fonksiyon, K L e R ise, tasaı sabitleidi SİMÜLASYO SOUÇLAR VE KARŞLAŞRMALAR Bu çalışada, aaetelei Bölü de eilen Seent- odeli SCARA obot aniülatöünün PD e tekalı-öğene tii denetleyicilele kontolü sonucunda elde edilen konu izlee efoanslaı, MALAB Siulink otaındaki siülasyonlala incelenişti Siulink de oluştuulan odel dosyasının göünüü Şekil- de eilişti Robotun izleesi istenen konu, Siulink taafından MALAB woksace den alınan tut-e-koy tazı bi haeketti e Şekil-3 de gösteilişti Bu fonksiyon, bi obot e denetleyicisi için zo haeketleden biisidi çünkü çok yüksek hız e ie değeleine sahiti estlede özellikle bu ti bi istenilen konu seçilişti, bunun aacı obot için anlalı bi test otaı oluştuaktı e ( x ( x( (7) d

4 Cuent inese ef coefficients Out n thetadot /9 / Ke*qdot Ke thetad / R* n Out dot inese L s ntegato K*uec KO ok u u Min Y theta theta inese M thetadd /s /s thetadd thetad /s /s / Moto Angle Link Angle Out R n Desied Moto Angle Desied Link Angle thetadot [C F]' ecto CF thetadot thetadot V theta theta Moto Angle Eo Link Angle Eo theta K 9 3 Contol Voltages Kd 5 Deiatie du/dt eo Desied Moto Angle Fo Woksace COROLLER ikon K eo Desied Link Angle Kd 5 3 Deiatie du/dt eo Şekil- SCARA obot e denetleyiciin Siulink odeli İlk siülasyonda denetleyici olaak denklei (5) de gösteilen PD denetleyici kullanılıştı Biinci link için oansal kontol sabiti K 3, tüesel kontol sabiti K d 5; ikinci link için de K 3, K d 5 alınaak siülasyonla geçekleştiilişti [] PD denetleyici için elde edilen link konulaı ile konu izlee hatalaı sıasıyla Şekil-3 e Şekil- de gösteilişti Konu [ad] 8 6 PD Denetleyici için Link Konulai istenen konu Link konuu - Link konuu Zaan [s] Şekil-3 İstenen link konulaı ile PD denetleyici kullanıldığında elde edilen link konulaı 8 6 PD Denetleyici için Konu Hatalai Link hatasi Link hatasi Şekil- den de göüldüğü gibi link hatasının aksiu değei adyan iken link hatasının aksiu değei 65 adyandı İkinci siülasyonda ise, Şekil- deki PD denetleyici kaldıılaak yeine Şekil-5 de gösteilen öğene algoitasını geçekleştien Siulink bloklaı kullanılıştı a bi kaşılaştıa yaak için obotun fiziksel aaetelei değiştiileden siülasyon yaılıştı Öğene algoitası kullanan denetleyici aaetelei ise F 6 () F () K L 75 (3) e λ, σ n, d ( x ) alınıştı [5] ok F*e theta Fe fcn e Konu hatasi [ad] - - w w cxhat cxhat F*e Fe fcn e LEARG COROLLER /s cxhatdot e /s cxhatdot e cx hat dot e( Deiatie edot du/dt labda e( eo Zaan [s] Şekil- PD denetleyici kullanıldığında link konu izlee hatalaı Şekil-5 Öğene algoitasını siülasyon otaına taşıyan Siulink bloklaı

5 Öğene algoitası kullanan denetleyicide wˆ ( bilineyen eiyodik etki fonksiyonunu hesalaak için () e () de göüldüğü gibi K ( τ ) fonksiyonu da seçilelidi Bu fonksiyon K( τ ) f ( t τ k), t τ k (3) t f() t ex,5 σ π σ () olaak seçilişti () deki fonksiyonda, σ e 8 9s alınıştı Bu şatla altında elde edilen link konulaı ile konu izlee hatalaı sıasıyla Şekil-6 e Şekil-7 de gösteilişti () e () deki integallei siülasyonda hesalaak için nüeik integasyon kullanılıştı üeik integasyon MALAB kodlaı cxhatdot e w göülü MALAB bloku içindedi Konu [ad] 8 6 Ogene algoitali denetleyici ile link konulai istenilen konu Link konuu Link konuu Zaan [s] Şekil-6 İstenen link konulaı ile öğene algoitalı denetleyici kullanıldığında elde edilen link konulaı Konu hatasi [ad] Ogene algoitali denetleyicide link hatalai Link hatasi Link hatasi Zaan [s] Şekil-7 Öğene algoitasını kullanan denetleyici kullanıldığında link konu izlee hatalaı Şekil-7 den de göüldüğü gibi öğene algoitasını kullanan denetleyici kullanıldığında, link hatasının aksiu değei adyan iken link hatasının aksiu değei 8 adyandı PD denetleyici ile elde edilen değelele kaşılaştııldığında, öğene algoitası ile hatanın PD denetleyiciye göe %75 oanında azaldığı göülüştü 5 SOUÇLAR VE GELECEK ÇALŞMALAR Bu çalışada, a SCARA tii bi deneysel obotun fiziksel aaetelei baz alınaak Siulink odeli elde edilişti b Bu obotun tut-e-koy tazı bi konu fonksiyonunu geçekleştiesi için; klasik PD denetleyici e öğene algoitası ile kontolleinin benzetii Siulink otaında yaılıştı c Siulink benzetileinden elde edilen sonuçlaa göe PD ile kontolde elde edilen konu izlee hatalaının aksiu değei, öğene algoitası ile elde edilenleden kat daha fazladı Bu da öğene algoitası ile kontolün, PD kontola göe, sistee çok fazla kolekslik ekleeden, hata oanını %75 düşüdüğü anlaına gelektedi Daha fazla ekleli obotlada benze sonuçlaın alınası beklenektedi, çünkü teoi genel bi obota uygulanabili Bunun için bu ti bi obotun odelleni siülasyon e deneyleinin yaılası geeklidi Gelecek çalışalada ise, SCARA obotun deneysel olaak göstediği konu hatalaı elde edilecekti Bu aaçla, Siulink odeli nden Real ie Woksho asıtasıyla DSP kodu elde edilecek e deneysel SCARA obotun kontol işlecie yüklenecek, sonuçla ölçülecekti KAYAKLAR [] Das, Dülge C, Matheatical Modeling, Siulation and Exeiental Veification of a SCARA Robo SMULAO MODELLG PRACCE AD HEORY, Vol: 3, 57-7, 5 [] Kaneko K, Hoowitz R, Reetitie and Adatie Contol of Robot Maniulatos with Velocity Estiation, EEE RASACOS O ROBOCS AD AUOMAO, VOL 3, O, -7, 997 [3] de Queioz MS, Dawson DM, Canbolat H, Adatie osition/foce contol of BDC-RLED obots without elocity easueents, PROCEEDGS OF EEE ERAOAL COFERECE O ROBOCS AD AUOMAO, Vol:, 55-53, 997 [] Canbolat H, Hu, Dawson DM, A Hybid Leaning/Adatie Patial State Feedback Contolle fo RLED Robot Maniulatos, PROCEEDGS OF HE 3H EEE COFERECE O DECSO AD COROL, Vol:, 39-, 995 [5] Messne W, Hoowitz R, Kao WW, Boals M, A new adatie leaning ule, EEE RASACOS O AUOMAC COROL, Vol:36, 88-97, 99

6 [6] Hoowitz R, Messne W, Mooe B, Exonential conegence of a leaning contolle fo obot aniulatos, EEE RASACOS O AUOMAC COROL, Vol: 36, 89-89, 99 [7] Uğuz H, Canbolat H, Siulation of a Hybid Adatie-Contol Law, fo a Rigid Link Electically Dien Robot Maniulato, ROBOCA, Vol:, 39-35, 6 [8] Canbolat H, Hu, Dawson D M, A hybid leaning/adatie atial state feedback contolle fo RLED obot aniulatos, ERAOAL OURAL OF SYSEMS SCECE, Vol: 7, 3 3, 996 [9] Uguz H, Elektiksel ahikli Robot Maniulatoleinin Ögene Kontol Metoduyla Kontol e Siulasyonu, MSc hesis, Me Üniesitesi Fen Bililei Enstitüsü, Me, 3 [] Golnazaian W, ie-vaying eual etwoks fo Robot ajectoy Contol, PhD hesis, Uniesity of Cincinnati, USA, 995 [] ungbeck, M, Madid, MK, Otial neual netwok outut feedback contol fo obot aniulatos, PROCEEDGS OF HE SECOD ERAOAL WORKSHOP O ROBO MOO COROL, 85-9, [] Lewis F L, Abdallah C, Dawson D M, Contol of Robot Maniulatos, Macillan, ew Yok, USA 993 [3] Chan SP, Chen H, An Efficient Algoith Fo dentifıcatıon of Scaa Robot Paaetes ncluding Die Chaacteistics, PROC OF HE 5th AUAL COFERECE OF HE EEE DUSRAL ELECROCS SOCEY, Vol:, -9, 999 [] Halow L, Design of a Distubance Obsee Alied to a SCARA Robotic A, MSc hesis, San ose State Uniesity, USA, 5 [5] Villa-Rosade D, Doiniguez-Loez A, A MALAB oolbox fo Robotic Maniulatos, Poceedings of the Sixth Mexican ntenational Confeence on Coute Science (EC 5), 56-63, 5, Mexico [6] E M, Li M, Li HS, A Real ie Hybid Adatie Fuzzy Contol of a SCARA Robo MCROPROCESSORS AD MCROSYSEMS, Vol: 5, , [7] E M, Low CB, ah KH, Li MH, g SY, Real-ie leentation of a Dynaic Fuzzy eual etwok Contolle fo a SCARA Robo MCROPROCESSORS AD MCROSYSEMS, Vol: 6, 9-6, [8] Bhatia P, hiunaayanan, Dae, An Exet-Syste Based Design of a SCARA Robo EXPER SYSEMS WH APPLCAOS, Vol:5, 99-9, 999 [9] Milutinoic D, Uniesal Coliant Deice Based on a SCARA Conce ROBOCS AD COMPUER EGRAED MAUFACURG, Vol: 3, 3-39, 997 [] Sison WL, Cook CD, Li Z, Sensoless Foce Estiation fo Robots With Fiction, PROC OF AUSRALASA COFERECE O ROBOCS AD AUOMAO, 9-99, Austalia, ÖZGEÇMİŞLER Sehan YAMAÇL: Kası 98 yılında asus ta doğdu 999 yılında asus AKBAL bitieek aynı yıl İÜ Elektik-Elektonik Fakültesi Elektonik e Habeleşe Mühendisliği nde lisans öğeniine başladı 3 yılında lisans diloasını aldı e yılında Me Üniesitesi asus eknik Eğiti Fakültesi nde öğeti göelisi olaak çalışaya başladı 5 yılından bei Me Üniesitesi Elektik-Elektonik Mühendisliği Bölüü nde yüksek lisansına dea etektedi Sehan YAMAÇL nın adet uluslaaası, adet ulusal yayını, aaştııcı olaak katıldığı e hala yüüyen 3 adet bilisel aaştıa ojesi, adet taalanış AB Leonado da Vinci ojesi (yüütücü olaak) adı Sehan YAMAÇL, Maquis Who swho in Science and Engineeing (Bili e Mühendislikte Ki Kidi) ansikloedisi ne 6 yılı itibaıyla giişti Sehan YAMAÇL nın şu anki çalışa konulaı aasında CMOS analog entege dee tasaıı, elektonik eleanlaın odellenesi, ikodalga dee tasaıı e obotik adı İleide kuantu bilgisayala konusunda çalışayı düşünektedi Hüseyin CABOLA: Aalık 966 da Adana da doğdu 985 yılında Adana Anadolu Lisesi ni, 989 e 993 te ODÜ Elektik Müh Lisans e yüksek lisans eğitiini bitidi 997 de Cleson ABD de doktoa deecei aldıktan sona Me Üni Elektik-Elektonik Müh Bölüünde öğeti üyesi olaak göee başladı Halen aynı göeine dea etektedi Çalışa alanlaı kontol e kuanda sistelei, obotik, ekatonik, elektoekanik siste kontolü e MEMS ti