İnsansı robot kolu tasarımı, benzetimi, kinestetik öğrenme, empedans kontrolü ve öneriler

Öz

Robot teknolojisi sürekli olarak gelişmekte ve ülkemizde de bu alanda yapılan çalışmalar hızla artmaktadır. Üniversiteler, makine- imalat ve savunma sanayii firmaları sadece kullanıcı olmayıp, robot alanında halihazırda projeler yapmakta veya yapmayı planlamaktadır. Bu çalışma, çift kol olarak veya insan operatör ile birlikte çalışabilmesi için işbirlikçi olması istenen bir insansı robot kolu tasarımını ve kontrolünü kapsamaktadır. Proje kapsamında mekanik tasarım, dinamik analizler, ters kinematik çözüm, kinesitetik öğrenme, empedans kontrolü, yazılım ve donanım çalışmaları yapılmıştır. İnsansı robot kolunun üretilmesinden kontrolüne kadar olan aşamalar, karşılaşılan problemler, elde edilen tecrübeler ve gelişmiş tasarımlar için yapılan öneriler bu makalede kapsamlı bir şekilde sunulmuştur. Özellikle ticari amaçla geliştirilmekte olan yerli robot projelerine yararlı olması amacı ile kolay anlaşılır bir şekilde anlatılmıştır. Mekanik tasarım, dinamik analizler, benzetim, ve diğer dosyalar, ilgilenen araştırmacılarla açık kaynaklı olarak paylaşılacaktır.

Anahtar Kelimeler

• İnsansı robot kolu tasarımı
• kinestetik öğrenme
• empedans kontrolü

Kaynakça

1. Karabulut, H., Çınar, C., Aksoy, F., Solmaz, H., Özgören, Y. Ö., & Arslan, M., Beta tipi rhombic hareket mekanizmalı bir stirling motorunun tasarımı ve performans testleri, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 31(4), 879-888, 2016.
2. Ergene, L. T., Polat, A., & Bakhtiarzadeh, H., Design of a permanent magnet synchronous motor used in elevators. Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 33(2), 725-737, 2018.
3. Akpolat, A., Reduction of tooth root bending stresses in gears generated by symmetric cutter with asymmetric tip radii. Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 33(2), 713-727,2018.
4. Özer, M., Altınkaynak, A., Temiz, V., Mutlu, T., Dışpınar, T., Özgen, A., & Yücel, M., Önden yüklemeli bir çamaşır makinesinin sonlu elemanlar yöntemiyle dinamik olarak modellenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 33(3), 773-780, 2016.
5. Kılıç, A., & Kapucu, S., Modüler yeniden yapılandırılabilir robot modülü OMNIMO’nun tasarımı ve üretimi. Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 31(3), 521-530, 2016.
6. Karcı, H., & Tangel, A., FPGA tabanlı 5 eksenli mobil robot kolu tasarımı ve prototip gerçeklenmesi. Journal of the Faculty of Engineering & Architecture of Gazi University, 31(2), 2016.
7. Özdemir, M., Tekil konumlardan geçen paralel robotlar için hareket planlamasında optimizasyon. Gazi Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 32(4), 2017.
8. Kıyak, E., & Ermeydan, A., Bir döner kanata arıza toleranslı uçuş kontrol sistemi tasarımı. Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 32(1), 21-34, 2017.

9. X. Huo, Y. Liu, L. Jiang and H. Liu, "Design and development of a 7-DOF humanoid arm, 2012 IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics (ROBIO), pp. 277-282, Guangzhou, 2012.
10. , 2014.
11. , 2014.
12. Ali, Mohammed & Liu, Hui & Stoll, Norbert & Thurow, Kerstin, Kinematic Analysis of 6-DOF Arms for H20 Mobile Robots and Labware Manipulation for Transportation in Life Science Labs. Journal of Automation, Mobile Robotics & Intelligent Systems, 10, 40-52, 2016.
13. M. A. Ali, H. Andy Park and C. S. G. Lee, Closed-form inverse kinematic joint solution for humanoid robots, 2010 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, Taipei, pp. 704-709, 2010.
14. W. Khalil and E. Dombre, Modeling, Identification and Control of Robots.
15. Mark W. Spong, Seth Hutchinson, and M.Vidyasagar, Robot Modeling and Control, First Edition, FOHN WILEY & SONS, INC.
16. Güleç, M.Ö, Ertuğrul, Ş. İnsansı Robot Kolu Tasarımı ve Yörünge Kontrolü, Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2014, Kocaeli -Türkiye, 11-13 Eylül 2014.
17. [Çevrimiçi]. Available: https://youtu.be/IwmRw49ik08.
18. Steinmetz, F., Montebelli, A. ve Kyrki, V, Simultaneous kinesthetic teaching of positional and force requirements for sequential in-contact tasks, 2015 IEEE-RAS 15th International Conference on Humanoid Robots (Humanoids), 2015.
19. Kramberger, A., Piltaver, R., Nemec, B., Gams, M., & Ude, A. , Learning of assembly constraints by demonstration and active exploration, Industrial Robot: An International Journal, cilt 43, no. 5, pp. 524-534, 2016.
20. Abu-Dakka, F. J., Nemec, B., Jørgensen, J. A., Savarimuthu, T. R., Krüger, N., & Ude, A., «Adaptation of manipulation skills in physical contact with the environment to reference force profiles, » Autonomous Robots, cilt 39, no. 2, pp. 199-217, 2015.
21. Kormushev, P., Calinon, S. ve Caldwell, D.G., «Imitation Learning of Positional and Force Skills Demonstrated via Kinesthetic Teaching and Haptic Input,» Advanced Robotics, cilt 25, no. 5, pp. 581-603, 2011.
22. Hogan N., Impedance Control, An Approach to Manipulation: Part I, II, Int. Journal of Robotics Res. 107, 1–24, 1985.
23. Hogan N., Stable Execution of Contact Tasks Using Impedance Control. Proc. IEEE International Conference on Robotics Automation Impedance Control, 1047-1050, 1987.
24. Mills, J. K., Goldenberg, A.A., Force and Position Control of Manipulators During Constrained Motion Tasks. IEEE Transactions on Robotics and Automation, Vol 5, N.1 30-46, 1989.
25. Kazerooni, H., Sheridan, T. B., Houpt, P. K., Robust Compliant Motion for Manipulators. Part I-II. IEEE Transactions on Robotics and Automation, Vol 2, N.2 83-95, 1986
26. De Shutter, J., Van Brussel, H., Compliant Robot Motion. Part I-II. IEEE International Journal of Robotics Research, Vol 7, N.4, 3-33, 1988.
27. Zeng G. and Hemami A., An Overview of Robot Force Control, Robotica, Vol. 15, pp. 473-482, 1997.
28. Raibert M. H., Craig J. J., Hybrid Position/Force Control of Manipulators, ASME J. of Dyn. Sys. Meas. Contr. 102, 126–133, 1981.
29. Seraji H., Adaptive Admittance Control: An Approach to Explicit Force Control in Compliant Motion, IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, pp. 2705–2712, 1994.
30. Zheng, L., Rao, P., Li, Y., & Zhao, M., Admittance Control Based Humanoid Robot Standing Balance Control, IEEE International Conference on Advanced Robotics and its Social Impacts (ARSO) pp. 167-173, 2019.
31. Mason, M., Compliance and Force Control for Computer Controlled Manipulators, IEEE Trans. on Sys. Man. Cyber SMC-11(6), 418–432, 1981.
32. Fisher W. D. and Mutjaba M. S., Hybrid Position/force Control: A Correct Formulation, Hewlett-Packard Company, 1991.
33. Abe, K., Jiralerspong, T., & Ishikawa, J., Hybrid position/force control of manipulator using series elastic actuator with position controller, IECON 2020 The 46th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, pp. 4415-4422, 2020.
34. Anderson R., Spong R.W., Hybrid Impedance Control of Robotic Manipulators, IEEE J. of Robotics and Automat. 4(5), 549–556, 1988.
35. Akdoğan, E., Aktan, M. E., Koru, A. T., Arslan, M. S., Atlıhan, M., & Kuran, B., Hybrid impedance control of a robot manipulator for wrist and forearm rehabilitation: Performance analysis and clinical results, Mechatronics, 49, 77-91, 2018.
36. Martín-Martín, R., Lee, M. A., Gardner, R., Savarese, S., Bohg, J., & Garg, A., Variable impedance control in end-effector space: An action space for reinforcement learning in contact-rich tasks. arXiv preprint arXiv:1906.08880, 2019.
37. Takano, W., Kanayama, H., Takahashi, T., Moridaira, T., & Nakamura, Y., A data-driven approach to probabilistic impedance control for humanoid robots. Robotics and Autonomous Systems, 124, 103353, 2020.
38. Al-Shuka, H. F., Leonhardt, S., Zhu, W. H., Song, R., Ding, C., & Li, Y., Active impedance control of bioinspired motion robotic manipulators: An overview. Applied bionics and biomechanics, 2018.
39. Kazerooni, H., On the Robot Compliant Motion Control. ASME Journal of Dynamic Systems, Measurement and Control, Vol 111, N.2 416-425,1989.
40. De ́goulange E., Dauchez P., External Force Control of an Industrial PUMA 560 Robot, J. of Robotics Sys. 11(6), 523–540, 1994.
41. Roberts R. K., Paul R. P., Hillberg B. M., The Effect of Wrist Force Sensor Stiffness on the Control of Robot Manipulators, IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, Louis, pp. 269–274, 1985.
42. Whitney D. E., Force Feedback Control of Manipulator Fine MotionsASME Journal of Dyn. Sys. Meas. Contr. 99, 91–97, 1977.
43. Eraslan H., Ertuğrul Ş., 6 Serbestlik Dereceli İnsansı Robot Kolu Empedans Kontrolü. TOK2018 Bildiriler Kitabı (ISBN: 978-975-561-496-0 ),sf. 343-348, 2018.