Gezer manipülatör sistemlerinin modellenmesi, yörünge planlaması ve kontrolü
Modeling, trajectory planning, and control of mobile manipulator systems
- Tez No: 1016331
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ AZİZ SEZGİN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Hareketli robotlar, Robot manipülatörleri, Mobile robots, Robot manipulators
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışması, gezer manipülatör sistemlerinin modellenmesi, analiz edilmesi, yörünge planlaması ve farklı kontrol stratejileri altında performanslarının değerlendirilmesini amaçlamaktadır. Gezer manipülatörler, mobil platformların hareket kabiliyeti ile robot kollarının hassas işlem yapabilme yeteneğini aynı sistem altında birleştiren yapılar olarak, günümüzde endüstriyel, lojistik, sağlık ve servis robotları gibi birçok alanda önemli bir yere sahiptir. Bu sistemler, sabit tabanlı robotlara göre daha geniş bir çalışma alanına sahip olmaları ve dinamik ortamlarda görev yapabilmeleri nedeniyle öne çıkmaktadır. Çalışmada, KUKA YouBot platformu temel alınarak gezer taban ve manipülatör kolu için ayrı kinematik ve dinamik modeller oluşturulmuştur. Manipülatörün çalışma alanı ve tekillik yapısı Monte Carlo yöntemi ve Hareket kabiliyeti analizi ile incelenmiştir. Görev uzayında etkin hareket ve erişilebilirlik değerlendirilmiş, sistemin farklı koşullardaki performansı analiz edilmiştir. Gezer taban tarafında ise RTAB-Map ve ArUco tabanlı haritalama ve lokalizasyon yöntemi kullanılarak çevre verisi elde edilmiş, bu veriler iki boyutlu doluluk haritasına dönüştürülmüş ve A* algoritması ile yörünge planlaması gerçekleştirilmiştir. Kontrol aşamasında, hem manipülatör hem de gezer taban için kayan kipli kontrol ve ileri beslemeli tork kontrolü tasarlanmış ve performansları karşılaştırılmıştır. Benzetim sonuçlarında her iki denetleyicinin de referans takibini başarıyla gerçekleştirdiği görülmekle birlikte, özellikle model belirsizlikleri ve bozucu etkiler altında kayan kipli kontrolün daha gürbüz bir yapı sergilediği belirlenmiştir. Gürbüzlük testleri kapsamında manipülatör uç eyleyicisine modele dahil edilmeyen ek kütle eklenmiş, gezer tabanda ise uygulanan tork ve konum geri besleme sinyallerine bant genişliği sınırlı beyaz gürültü uygulanmıştır. Ayrıca gezer taban için deneysel çalışmalar gerçekleştirilmiş ve gerçek sistem verileri ile denetleyici performansları doğrulanmıştır. Elde edilen bulgular, gezer manipülatör sistemlerinde modelleme, planlama ve kontrol süreçlerinin bütünleşik ele alınmasının önemini ortaya koymuştur. Çalışma hem teorik hem de uygulamalı açıdan gezer manipülatörlerin kontrolüne katkı sunmakta ve gelecekte geliştirilecek daha uyarlamalı ve gürbüz yöntemler için temel oluşturmaktadır.
Özet (Çeviri)
The main scope of this thesis to model, analyze, perform trajectory planning for, and evaluate the performance of mobile manipulator systems with the application of different control strategies. Mobile manipulators are the combination of the mobility of mobile platforms with the precision and dexterity of robotic arms within a single system. Thus, they have become increasingly important across many fields, including industrial applications, logistics, healthcare, and service robotics. These systems stand out because they provide a larger workspace than fixed-base robots and are capable of operating in dynamic environments. In this study, kinematic and dynamic models were developed separately for a mobile base and manipulator arm based on the KUKA YouBot platform. The workspace and singularity characteristics of the manipulator were examined using the Monte Carlo method and manipulability analysis. Effective motion and reachability in task space were evaluated, and the system behavior at different configurations was analyzed. For the mobile base, environmental data were obtained using RTAB-Map and ArUco-based mapping and localization methods. These data were converted into a two-dimensional occupancy grid map, and trajectory planning was carried out using the A* algorithm. At the control stage, Sliding Mode Control and Feedforward Torque Control were designed for the manipulator and the mobile base, and their performances were compared. Simulation results showed that both controllers were able to achieve successful reference tracking; however, under model uncertainties and disturbance effects, Sliding Mode Control exhibited a more robust structure. As part of the robustness tests, an additional mass that was not included in the model was attached to the manipulator end-effector, while band-limited white noise was applied to the torque and feedback signals of the mobile base. In addition, experimental studies were conducted for the mobile base, and controller performances were validated using real system data. The obtained findings shows that the importance of addressing modeling, planning, and control processes in an integrated manner for mobile manipulator systems. This study contributes to the control of mobile manipulators from both theoretical and practical perspectives and provides a foundation for the development of more adaptive and robust methods in future work.
Benzer Tezler
- Hybrid compliance control of collaborative robots
İş birlikçi robotların hibrit uyum kontrolu
NAZ ALTEKİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ZEKİ YAĞIZ BAYRAKTAROĞLU
- Enflasyon hesaplamasında kartlı ödeme sistemlerinin kullanılması: Türkiye örneğinde bir yöntem denemesi
Using card payment systems in the calculation of inflation: A methodology in the case of Turkey
AHMET ÇALIŞKAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Ekonomiİstanbul Teknik ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CEMİL CEYLAN
- Bilateral control - operational enhancemets
Çift taraflı kontrol - uygulamaya yönelik iyileştirmeler
AHMET ALTINIŞIK
Yüksek Lisans
İngilizce
2006
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ASİF SABANOVİC
- Radio remote control system operating in respect to operator position
Kullanıcı pozisyonuna bağlı çalışan uzaktan kumanda sistemi
İLKER BİRYOL
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. YAVUZ ŞENOL
- A mobile application for attendance tracking based on user authentication
Kullanıcı kimlik doğrulamaya dayalı katılım takibi için mobil uygulama
BAWAR ALI ABDALKARIM ABDALKARIM
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolSakarya ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. DEVRİM AKGÜN