İki uzuvlu bir robot kolunun pozisyon kontrolü için optimize edilmiş PID kontrolcü tasarımı

Abstract

Günümüz teknoloji çağında robot kolları hayatımızın her alanında etkin rol almaktadır. Gelişen endüstri ile birlikte robot kollarının önemi her geçen gün artmaktadır. Robot kollarının çalışmasındaki en zor kısımlardan biri kontrolüdür. Robot kolunu istenilen şekilde hareket yapması istenirse kontrolü büyük önem göstermektedir. Bu tez çalışması kapsamında, mikro denetleyici ile iki uzuvlu bir robot kolunun optimize edilmiş oransal integral türevsel denetleyici (PID) ile kontrol optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. İki uzuvlu bir robot kolunun kontrolü için gerekli olan kinematik işlemler Arduino Matlab Destek Paketi (support Package for Arduino) kullanılarak geliştirilmiştir. Bu çalışmada doğru akım (DA) fırçalı bir motor için transfer fonksiyonu motor veri sayfasında verilen değerler kullanılmıştır. Kontrol sistemi için geri bildirim alan etkili enkoder sayesinde elde edilmiştir. İki uzuvlu robot kolunu oluşturan her bir eksendeki motor için ayrı ayrı konum kontrolü gerçekleştirilmiştir. Her bir motor için gerçekleştirilen konum kontrolünde parçacık sürü, yapay arı koloni ve kaos oyun optimizasyon algoritmaları ile kontrolcü parametreleri tespit edilmiştir ve robot kolu üzerinde belirlenen referans konum değeri ile elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Bu tez çalışmasında konum kontrolünden sonra belirlenen referans şekil olarak belirlenen kare ve daire yörüngesi takibi iki uzuvlu robot kolu ile gerçekleştirilmiştir. Kare ve daire yörünge için tasarlanan PID kontrolcünün parametreleri yine parçacık sürü, yapay arı koloni ve kaos oyun optimizasyon algoritmaları ile elde edilmiştir. Her bir optimizasyon algoritması sonucu elde edilen PID parametreleri ile kare ve daire yörüngelerinin gerçekleştirilmesi gerçek zamanlı olarak yapılmış ve başarılı sonuç elde edilmiştir. Her bir yörünge için yapılan üç adet meta sezgisel optimizasyon algoritması sonucu yörünge takibi ve elde edilen kontrolcü parametreleri kontrolcü üzerinde gerçekleştirilerek optimizasyon algoritmaları karşılaştırılmıştır.

In today's technology age, robot arms play an active role in every aspect of our lives. With the developing industry, the importance of robot arms is increasing day by day. One of the most difficult parts in the operation of robot arms is its control. If the robot arm is desired to move as desired, its control is of great importance. Within the scope of this thesis, it is thought that a two-limb robot arm can be controlled with an optimized proportional integral derivative controller (PID) with a microcontroller. The kinematic operations required for the control of a two-legged robot arm are logically programmed with the Matlab support Package for Arduino. In this study, the transfer function for a DC brushed motor was found by the values determined in the catalog section. The feedback for the control system is obtained thanks to the field-effect encoder. Separate position control was carried out for the motor on each axis forming the two-legged robot arm. In the position control performed for each motor, particle swarm, artificial bee colony, chaos game optimization algorithms and controller parameters were determined and the results obtained with the reference position value determined on the robot arm were compared. In this thesis, the reference square trajectory and the circular trajectory determined after the position control were performed with a two-legged robot arm. The parameters of the PID controller designed for square and circle orbits are again obtained with particle swarm, artificial bee colony, chaos game optimization algorithms. With the PID parameters found as a result of each optimization algorithm, the robot arm is directed in the direction of the determined square and circle and the results are obtained in real time. As a result of three metaheuristic optimization algorithms for each trajectory, trajectory tracking and the obtained controller parameters were performed on the controller and the optimization algorithms were compared.