İki düzlemsel robot kol iş birliği ile çalkalanmadan sıvı taşınımının kutup yerleştirme ve LQR kontrolü

Babak Naseri Soufiani; Mehmet Arif Adlı

doi:10.17341/gazimmfd.703502

İki düzlemsel robot kol iş birliği ile çalkalanmadan sıvı taşınımının kutup yerleştirme ve LQR kontrolü

Öz

Günümüzde robotların günlük yaşamdaki kullanım alanları ve üstlendikleri roller hızla artmakta ve çeşitlilik göstermektedir. Robotlar ile sıvı taşıma işlemi de son zamanlarda bu kapsamda üzerinde çalışma yapılmaya başlanan konular arasındadır. Bu makalede, içi sıvı dolu bir kabın iki robot kolu işbirliğiyle çalkalanmadan ve dökülmeden taşınması incelenmiştir. İki robotik kol herhangi bir nesneyi birlikte hareket ettirdiğinde, kinematik olarak kapalı bir zincir oluşur ve bu durum, ele alınan sistemin matematiksel olarak karmaşıklığını artıran bir dizi kısıtlamaların ortaya çıkmasına neden olur. Bu çalışmada, sıvı çalkalanmasının doğrusal olmayan dinamiği, Genişletilmiş Taylor Serisi fonksiyonları ile doğrusalaştırılmıştır. Ardından, sıvı dolu kabı çalkalanmadan, dökülmeden ve yüksek hızla taşımak için kutup yerleştirme (Pole Placement) ve doğrusal karesel düzenleyici (LQR) kontrol yöntemleri kullanılıp, bu iki yöntem sonuçları birbirleriyle teknik olarak karşılaştırılmıştır.

Anahtar Kelimeler

Kaynakça

Reyhanoglu, M. ve Hervas, J.R., Nonlinear modeling and control of slosh in liquid container transfer via a PPR robot, Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation, 18 (6), 1481-1490, 2013.
Kurode, S., Spurgeon, S.K., Bandyopadhyay, B. ve Gandhi, P., Sliding mode control for slosh-free motion using a nonlinear sliding surface, IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 18 (2), 714-724, 2012.
Aribowo, W., Yamashita, T., Terashima, K. ve Kitagawa, H. Input shaping control to suppress sloshing on liquid container transfer using multi-joint robot arm, 2010 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, Taipei-Taiwan, 3489-3494, 2010.
Smith, C., Karayiannidis, Y., Nalpantidis, L., Gratal, X., Qi, P., Dimarogonas, D.V. ve Kragic, D., Dual arm manipulation—A survey, Robotics and Autonomous systems, 60 (10), 1340-1353, 2012.
Basile, F., Caccavale, F., Chiacchio, P., Coppola, J. ve Marino, A., A decentralized kinematic control architecture for collaborative and cooperative multi-arm systems, Mechatronics, 23 (8), 1100-1112, 2013.
Ren, Y., Liu, Y., Jin, M. ve Liu, H., Biomimetic object impedance control for dual-arm cooperative 7-DOF manipulators, Robotics and Autonomous Systems, 75, 273-287, 2016.
Caccavale, F., Chiacchio, P., Marino, A. ve Villani, L., Six-dof impedance control of dual-arm cooperative manipulators, IEEE/ASME Transactions On Mechatronics, 13 (5), 576-586, 2008.
Liu, T., Lei, Y., Han, L., Xu, W. ve Zou, H., Coordinated resolved motion control of dual-arm manipulators with closed chain, International Journal of Advanced Robotic Systems, 13 (3), 80, 2016.

Jung, J., Yoon, H., Lee, C. ve Shin, S., Effect of the vertical baffle height on the liquid sloshing in a three-dimensional rectangular tank, Ocean Engineering, 44, 79-89, 2012.
Kolaei, A., Rakheja, S. ve Richard, M.J., A coupled multimodal and boundary-element method for analysis of anti-slosh effectiveness of partial baffles in a partly-filled container, Computers & Fluids, 107, 43-58, 2015.
Panigrahy, P., Saha, U. ve Maity, D., Experimental studies on sloshing behavior due to horizontal movement of liquids in baffled tanks, Ocean Engineering, 36 (3-4), 213-222, 2009.
Goudarzi, M. ve Farshadmanesh, P., Numerical evaluation of hydrodynamic damping due to the upper mounted baffles in real scale tanks, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 77, 290-298, 2015.
Yano, K.i. ve Terashima, K., Robust liquid container transfer control for complete sloshing suppression, IEEE Transactions on Control Systems Technology, 9 (3), 483-493, 2001.
Tzamtzi, M.P., Koumboulis, F.N. ve Kouvakas, N.D. A two stage robot control for liquid transfer, 2007 IEEE Conference on Emerging Technologies and Factory Automation, 1324-1333, 2007.
Reyhanoglu, M. ve Hervas, J.R., Nonlinear dynamics and control of space vehicles with multiple fuel slosh modes, Control Engineering Practice, 20 (9), 912-918, 2012.
Dodge, F.T., The new dynamic behavior of liquids in moving containers, Southwest Research Inst. , San Antonio, TX, 2000.
Kim, D.H. ve Choi, J.W. Attitude controller design for a launch vehicle with fuel-slosh, SICE 2000. Proceedings of the 39th SICE Annual Conference, Iizuka-Japan, 235-240, 2000.
Yano, K.i., Higashikawa, S. ve Terashima, K., Motion control of liquid container considering an inclined transfer path, Control Engineering Practice, 10 (4), 465-472, 2002.
Terashima, K. ve Yano, K.i., Sloshing analysis and suppression control of tilting-type automatic pouring machine, Control Engineering Practice, 9 (6), 607-620, 2001.
Thakar, P.S., Bandyopadhyay, B., Gandhi, P. ve Kurode, S. Robust control of rotary slosh using integral sliding modes, 2012 12th International Workshop on Variable Structure Systems, Mumbai-India, 440-445, 2012.
Kurode, S., Trivedi, P., Bandyopadhyay, B. ve Gandhi, P. Second order sliding mode control for a class of underactuated systems, 2012 12th International Workshop on Variable Structure Systems, 458-462, 2012.
Thakar, P.S., Bandyopadhyay, B. ve Gandhi, P. Sliding mode control for a class of underactuated systems using feedforward normal form: A slosh-container system, 2014 13th International Workshop on Variable Structure Systems (VSS), Nantes-France, 1-6, 2014.
Bandyopadhyay, B., Gandhi, P. ve Kurode, S., Sliding mode observer based sliding mode controller for slosh-free motion through PID scheme, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 56 (9), 3432-3442, 2009.
Aribowo, W., Yamashita, T. ve Terashima, K., Integrated trajectory planning and sloshing suppression for three-dimensional motion of liquid container transfer robot arm, Journal of Robotics, 2015, 3, 2015.
Ogata, K., Modern control engineering, Prentice Hall Upper Saddle River, NJ, 2009.
Dorf, R.C. ve Bishop, R.H., Modern control systems, Pearson, New York, USA, 2016.
Chan, R.P.M., Stol, K.A. ve Halkyard, C.R., Review of modelling and control of two-wheeled robots, Annual reviews in control, 37 (1), 89-103, 2013.
Feng, T., Liu, T., Wang, X., Xu, Z., Zhang, M. ve Han, S.-c. Modeling and implementation of two-wheel self-balancing robot equipped with supporting arms, 2011 6th IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications, Beijing-China, 713-718, 2011.
Shehu, M., Ahmad, M.R., Shehu, A. ve Alhassan, A. LQR, double-PID and pole placement stabilization and tracking control of single link inverted pendulum, 2015 IEEE International Conference on Control System, Computing and Engineering (ICCSCE), George Town-Malaysia, 218-223, 2015.
Nath, V. ve Mitra, R. Swing-up and control of Rotary Inverted Pendulum using pole placement with integrator, 2014 Recent Advances in Engineering and Computational Sciences Chandigarh-India, 1-5, 2014.
Zubov, N., Mikrin, E., Misrikhanov, M.S., Ryabchenko, V. ve Timakov, S., The use of the exact pole placement algorithm for the control of spacecraft motion, Journal of Computer and Systems Sciences International, 52 (1), 129-144, 2013.
Wahab, A.A., Mamat, R. ve Shamsudin, S.S., The effectiveness of pole placement method in control system design for an autonomous helicopter model in hovering flight, International Journal of Integrated Engineering, 1 (3), 2009.
de Souza, L.C.G. ve de Souza, A.G., Satellite attitude control system design considering the fuel slosh dynamics, Shock and Vibration, 2014, 2014.
Kumar, E.V. ve Jerome, J., Robust LQR controller design for stabilizing and trajectory tracking of inverted pendulum, Procedia Engineering, 64, 169-178, 2013.
Prasad, L.B., Tyagi, B. ve Gupta, H.O., Optimal control of nonlinear inverted pendulum system using PID controller and LQR: performance analysis without and with disturbance input, International Journal of Automation and Computing, 11 (6), 661-670, 2014.
Argentim, L.M., Rezende, W.C., Santos, P.E. ve Aguiar, R.A. PID, LQR and LQR-PID on a quadcopter platform, 2013 International Conference on Informatics, Electronics and Vision (ICIEV), Dhaka-Bangladesh, 1-6, 2013.
Zhang, T. ve Yang, J., Nonlinear dynamics and robust control of sloshing in a tank, Journal of Vibration and Control, 25 (1), 132-140, 2019.
Dafeng, S., Chuqi, S., Xiaohua, Z. ve Nannan, Y., LQR Based Battery Charge Sustaining Strategy for Hybrid Electric Vehicle, IFAC-PapersOnLine, 51 (31), 601-605, 2018.
Adli, M.A., Ito, K. ve Hanafusa, H. Controlling the contact compliance via internal forces on objects held by dual-arm robots, Proceedings 1995 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, Pittsburgh-USA, 62-69, 1995.
Baruh, H., Applied dynamics, CRC press, New York, A.B.D., 2014.

Ayrıntılar

Birincil Dil

Türkçe

Konular

Mühendislik

Bölüm

Araştırma Makalesi

Yazarlar

Babak Naseri Soufiani
0000-0001-6007-3875
Türkiye

Mehmet Arif Adlı ^*
0000-0002-3223-064X
Türkiye

Yayımlanma Tarihi

21 Temmuz 2020

Gönderilme Tarihi

13 Mart 2020

Kabul Tarihi

17 Mayıs 2020

Yayımlandığı Sayı

Yıl 2020 Cilt: 35 Sayı: 4

DOI

https://doi.org/10.17341/gazimmfd.703502

IZ

https://izlik.org/JA68KN86SU

Kaynak Göster

RIS / Bibtex

APA

Naseri Soufiani, B., & Adlı, M. A. (2020). İki düzlemsel robot kol iş birliği ile çalkalanmadan sıvı taşınımının kutup yerleştirme ve LQR kontrolü. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 35(4), 2255-2268. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.703502

AMA

1.Naseri Soufiani B, Adlı MA. İki düzlemsel robot kol iş birliği ile çalkalanmadan sıvı taşınımının kutup yerleştirme ve LQR kontrolü. GUMMFD. 2020;35(4):2255-2268. doi:10.17341/gazimmfd.703502

Chicago

Naseri Soufiani, Babak, ve Mehmet Arif Adlı. 2020. “İki düzlemsel robot kol iş birliği ile çalkalanmadan sıvı taşınımının kutup yerleştirme ve LQR kontrolü”. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 35 (4): 2255-68. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.703502.

EndNote

Naseri Soufiani B, Adlı MA (01 Temmuz 2020) İki düzlemsel robot kol iş birliği ile çalkalanmadan sıvı taşınımının kutup yerleştirme ve LQR kontrolü. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 35 4 2255–2268.

IEEE

[1]B. Naseri Soufiani ve M. A. Adlı, “İki düzlemsel robot kol iş birliği ile çalkalanmadan sıvı taşınımının kutup yerleştirme ve LQR kontrolü”, GUMMFD, c. 35, sy 4, ss. 2255–2268, Tem. 2020, doi: 10.17341/gazimmfd.703502.

ISNAD

Naseri Soufiani, Babak - Adlı, Mehmet Arif. “İki düzlemsel robot kol iş birliği ile çalkalanmadan sıvı taşınımının kutup yerleştirme ve LQR kontrolü”. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 35/4 (01 Temmuz 2020): 2255-2268. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.703502.

JAMA

1.Naseri Soufiani B, Adlı MA. İki düzlemsel robot kol iş birliği ile çalkalanmadan sıvı taşınımının kutup yerleştirme ve LQR kontrolü. GUMMFD. 2020;35:2255–2268.

MLA

Naseri Soufiani, Babak, ve Mehmet Arif Adlı. “İki düzlemsel robot kol iş birliği ile çalkalanmadan sıvı taşınımının kutup yerleştirme ve LQR kontrolü”. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, c. 35, sy 4, Temmuz 2020, ss. 2255-68, doi:10.17341/gazimmfd.703502.

Vancouver

1.Babak Naseri Soufiani, Mehmet Arif Adlı. İki düzlemsel robot kol iş birliği ile çalkalanmadan sıvı taşınımının kutup yerleştirme ve LQR kontrolü. GUMMFD. 01 Temmuz 2020;35(4):2255-68. doi:10.17341/gazimmfd.703502