Browsing by Author "Bayram, Atilla"

Now showing 1 - 11 of 11

Bilek Rehabilitasyonu İçin Düşük Maliyetli Bir Taşınabilir Robotik Cihazın Geliştirmesi ve Kontrolü
(2019) Bayram, Atilla; Karabıyık, Ibrahim; Kilic, Ergin
Bu çalışma kapsamında, el bileğinde dışa büküm ve içe büküm bilek hareketlerini kaybetmiş kısmifelçli hastalar için düşük maliyetli ve taşınabilir bir robotik rehabilitasyon cihazı geliştirilmiştir. Aktifbilek ortezi olarak tanımlanan bu cihaz ile rehabilitasyon merkezlerine ve bir sağlık personeline bağımlıkalmaksızın herhangi bir ortamında felçli hastalara tekrarlı bilek hareketlerinin yaptırılmasıamaçlanmıştır. Bu amaç için bir robotik ortez tasarımı yapılıp prototip üretimi tamamlanmıştır. Buprototip üzerinde elin ekstansiyon ve fleksiyon hareketlerinin konum kontrolü hem pasif hem de aktifrehabilitasyon modlarında yapılabilmektedir. Pasif rehabilitasyon modunda değişken hızlarda salınımhareketi bir potansiyometre yardımıyla gerçekleştirilirken aktif rehabilitasyon modunda ise EMGalgılayıcıları üzerinden konum kontrolü, kuvvet sensörü üzerinden ise bir admitans türü kontrol mimarisiyardımıyla dirençli egzersiz uygulamaları tamamen cihaz kullanıcısının isteği/gayesi doğrultusundagerçekleşmektedir. Tasarlanan bilek ortezinin mobil olmasının yanında en önemli hedeflerden biri dedüşük maliyetli olmasıdır. Cihazdan istenen performansı yerine getirebilecek ölçüde donanımelemanlarının kullanılması ile performans/fiyat oranı en üst seviyede tutulmaya çalışılmıştır. Son olarakliteratürde bu çalışmaya benzer fakat maliyeti oldukça yüksek bir başka çalışma ile performans ve maliyetyönüyle karşılaştırma yapılmıştır.
Control of Two Degree of Freedom Spatial Inverted Pendulum
(2019) Kara, Fırat; Bayram, Atilla
Küçük bir çocukken işaret parmağımızda veya avucumuzun içinde bir sopa veya çubuğu dengelemeye çalıştığımızı hatırlayalım. Çubuğu dik konumda dengede tutmak için elimizi sürekli doğru konuma getirmeye çalışırdık. Ters sarkaç problemi de prensip olarak aynı temele dayanmaktadır. Tıpkı çubuk gibi; ters sarkaç sistemi de aynı doğal kararsız dinamiklere sahiptir. Sarkacın dik konumda dengelenmesi için üzerine yerleştirildiği mekanizmaya kuvvetler uygulanması ve bu kuvvetlerin hassas bir şekilde kontrol edilmesi gerekir. Bu çalışmada iki serbestlik dereceli uzaysal bir ters sarkacın tasarımı, üretimi ve kontrolü üzerine çalışılmıştır. Üç adımda yürütülen çalışmada; ilk adım ters sarkacı dengede tutacak olan düzlemsel bir tahrik mekanizmasının tasarımını, ikinci adım bu sistemin üretimini, son adım ise uzaysal ters sarkaç sisteminin belli bir çalışma noktası etrafında dengede tutacak olan kontrolcünün tasarlanıp uygulanacak en iyi kontrol yönteminin belirlenmesini içermektedir. Çalışma sonunda tasarlanan İDKKK ve LQG kontrolcüler MATLAB yazılımı yardımıyla benzetimlere tabi tutulmuş, benzetim sonuçları irdelenerek kontrolcülerin gürbüzlük ve çeviklik performansları değerlendirilmiş ve gerçek sistemde kullanılacak yöntem hakkında önerilerde bulunulmuştur. Çalışma sonunda ikinci dereceden kayan kipli kontrolcünün uzaysal ters sarkacın dengelenmesinde daha gürbüz ve daha çevik performansa sahip olduğu görülürken, sistemin denge halinde tutulması ve kontrolcü kararlığı açısından LQG kontrolcünün daha iyi olduğu gözlenmiştir.
Design and Control of a Rehabilitation Robot Manipulator for Head-Neck Orthopaedic Disorders
(Acta Press, 2022) Bayram, Atilla; Duru, Ahmet S.
This paper addresses the design and control of a dual-arm robot manipulator that can be used for the treatment of head-neck orthopaedic disorders. Each arm of this manipulator has six-degrees-of-freedom (DoF) serial RRRRU topological structure, four of which are actively actuated and two of which are passive. The head-neck model in harmony with this underactuated robot arm was designed as a 4-DoF serial manipulator. Although the system is deficient, all motions of the head-neck model subjected to rehabilitation can be fully performed due to the topology chosen for the arms; in other words, the kinematically closed-loop robotic system can move without blocking. In this study, kinematic analyses were performed separately for both the arms and the head-neck model, and the results were obtained analytically and semi-analytically. Then, the robotic system described with dynamic analysis was controlled by the computed torque control method. Here, the quasi-external forces/moments that supply the desired user-defined rehabilitation motions to the head-neck model are taken as the force/moment inputs for the dual-arm robot. The control of the robotic system was carried out to test the performance of the system according to the generated torques and the mobility of the rehabilitation robot.
Design and Control of Spatial Inverted Pendulum With Two Degrees of Freedom
(Springer Heidelberg, 2020) Bayram, Atilla; Kara, Firat
The inverted pendulum systems have inherently unstable dynamics. In order to stabilize the inverted pendulum at upright position, an actuation mechanism should generate fast-reactive motions at the pivot point of the system. This paper addressed the design and control of a spatial inverted pendulum with two degrees of freedom (DOF). The first part of the study consists of designing a novel planar two-DOF (PRRRR) actuation mechanism in order to balance the spatial inverted pendulum. The system is underactuated and has inherently extreme nonlinearity and also the restrictions on the actuators. Then, in the second part, a second-order sliding-mode and a linear quadratic Gaussian (LQG) controller have been proposed to control the pendulum within the equilibrium position. Finally the simulation results evaluated in terms of the robustness, time response and stability show that the second-order sliding-mode controller is more robust and has fast response performances in re-stabilizing the spatial inverted pendulum, while LQG controller is better in terms of keeping the system in equilibrium during the long period of time.
Design and Stability Investigation of a Servovalve and Its Use on an Extrusion Workbench Model
(2001) Bayram, Atilla; İnanç, Nihat
Bu çalışmada, iki kademeli bir servovalfm ikinci kademesine bir yük basıncı geribeslemesi eklenerek servovalfm modellemesi yapılmış ve transfer fonksiyonu elde edilmiştir. Bu geribeslemenin valfın kararlılığı üzerine etkisi bilgisayarda kök ve zaman-cevabı eğrileri çizilerek incelenmiştir. Servovalfa eklenen yük basıncı geribeslemesinin sistemin kararlılığını olumsuz yönde etkilediği görülmüştür. Çalışmanın diğer bir kısmında ise, bu servovalf bir ekstrüzyon tezgah modelinin kontrol ünitesinde kullanılmıştır. Sistemin çıkış değerleri bilgisayar simülasyon olarak elde edilmiştir. Simülasyon neticesinde, ekstrüzyon basıncı ve ekstrüzyon hızının büyük oranda tezgah üzerindeki piston alanları, sürtünmeler ve valf kapasitesi tarafından etkilendiği görülmüştür. Anahtar kelimeler: Servovalf, Elektrohidrolik Sistem, Ekstrüzyon Tezgahı, Servo Sistem.
Design of an Indoor Autonomous Mobile Robot and Control With Slam Algorithms
(2023) Duran, Betül; Bayram, Atilla
Bu tez çalışmasında bina içi bir otonom mobil robot tasarımı ve kontrolü gerçekleştirilmiştir. Tasarladığımız robot mekanik, elektrik-elektronik donanım tasarımının yanında ve ölçüm sistemi ile yazılım bileşenlerinin entegrasyonunu içermektedir. Mobil robot üzerinde taşıdığı lidar ve odometriye bağlı olarak haritalama yaparak değişik görevleri otonom olarak yerine getirmektedir. Robot bu işlemi konumsal ölçüm bilgilerini geri besleme olarak gerçekleştirmektedir. Robotun üzerinde Raspberry Pi ve Wi-Fi ile bağlantılı bir ana makine olarak dizüstü bilgisayar kullanılmıştır. Böylece bağlantı kesilmesi olasılığının önüne geçmiştir. Çevrimiçi kullanımda gizliliğin korunmasını sağlanmıştır. Herkese açık test ortamlarında kullanılacak olan robotumuzun Wi-Fi Bağlantısının güvenli olması için ek güvenlik anahtarı ile sisteme girileceği için robotun farklı kişiler tarafından yönlendirilmesinin önüne geçilmiştir. Tez çalışmasına konu olan mobil robot prototipi Solid Works programında tasarlanmıştır. Mobil robotun türü diferansiyel tahrikli olup her bir sağ ve sol tekerlek üzerinde enkoderler yerleştirilerek konum, hız ve yönelim bilgileri elde edilmiştir. Tahrik işlemi mikroişlemci ve sürücü kartları fırçasız redüktörlü encoderli DC motorları ile gerçekleştirilmiştir. Çalışmada Raspberry Pi tam donanımlı bir gömülü sistem bilgisayarı robotun kontrol kartı olarak Linux işletim sistemi Ubuntu Mate 22.04 versiyonu ile birlikte kullanılmıştır. Ana bilgisayara da aynı işletim sistemi yüklenmiştir. SLAM uygulaması SLAM Toolbox algoritması ile senkron ve asenkron olarak yaptırılmıştır. Yapılan çalışmada sistem haritalama ve otonom navigasyon ile ilgili testleri başarı ile gerçekleştirmiştir. İleriki çalışmalarda kamera ve mikrofon gibi yeni sensörler ve manipulatörler sisteme entegre edilerek daha sağlam bir araştırma platformu gerçekleştirilebilir.
The Design of an Unmanned Ground Vehicle and Its Trajectory-Tracking Control by Using Gps
(2018) Al-naqshbandı, Fıras Muhammad Saıb M.m.; Bayram, Atilla
Otonom mobil robotlar, kendiliğinden hareket edebilen ve özel kılavuz donanım veya elektromekanik cihazlara ihtiyaç duymadan amaçlanan ortamlarda gezinme kabiliyetine sahip olan otomatik makinelerdir.Bu mobil robotlar giderek yaygınlaşmakta ve hemen hemen hayatın her alanında (ticari, endüstriyel, askeri, vb.) yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Bu çalışma insansız yer aracı olan bir otonom mobil robotun tasarım ve yörünge/yol takip kontrolünü içermektedir.Bu robot kendi kendine hareket etme yeteneğine sahip olup önceden tanımlanmış bir yörünge veya yol en küçük konum hatasına göre takip edebilir. Önceden tanımlı bir yörünge veya yolu takip edecek bu aracın hareketi konum ve hız seviyesinde bir geri beslemeli sistem ile kontrol edilecektir. Bu geri beslemeli kontrol sistemi aracın geçek konumu ve referans yörünge veya yol arasındaki konum hatasını telafi edecektir. Bu amaç için özerinde bazı düzenlemeler yapılmış klasik PD kontrol metodu mobil robotun kontrolünde kullanılacak olup bu tip manipülatörler için tasarlanmış literatürdeki diğer bir kontrol metodu ile karşılaştırılacaktır. Önce insansız yer aracı tüm parça ve sistemleri ile detaylı olarak bir bilgisayar tasarım programı tasarlanmıştır. Daha sonra bu tasarıma göre şase üretimi yapılıp gerekli tüm donanım ve cihazların montajı gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada tasarlanan kendinden tahrikli insansız yer aracı, iki arka tekerleği ayrı ayrı iki DC motorla tahrik edilen dört tekerden oluşmaktadır.Bu mobil robotun yönlendirilmesi ön taraftaki tekerlerden yapılmaktadır. Tasarımda ikisi boylamsal hareket için biri de aracın yönünü ayarlamak için toplam üç adet DC motor kullanılmaktadır. Bu DC motorlar redüktörlü olup 0-24 volt aralığında çalışmaktadırlar. Bu motorlar gerekli voltajları mikro kontrolcüden gelen kontrol voltajları ile ayarlanan sürücü kartları üzerinden almaktadırlar.Bu sistemde mikro kontrolcü olarak basit, ucuz ve programlaması kolay olan Arduino kartı kullanılmıştır. Bilgisayar ve mobil robot üzerindeki tüm cihazlarla olan haberleşmeler bir USB bağlantısına sahip Arduino kartı ile gerçekleştirilmiştir. Arduino 0 ile 5 volt arasında kontrol voltajı üreterek DC motor sürücüleri üzerinden volt gerilimini her bir DC motor için kontrol edebilmektedir. Aracın direksiyon sistemi bir tür kremayer dişli sistemi olup bir DC motor ile tahrik edilmektedir. Ön tekerleklerin dikey eksen etrafındaki açısal hızlarını ölçmek için yani dolaylı olarak dümenleme açısının değerini ölçmek için bir enkoder cihazı dümenleme DC motorunun çıkışına yerleştirilmiştir. Bu sistem aracın gerçek konumunu ve yönünü doğru olarak ölçmek için sensör olarak birer adet Küresel Konumlama Sistemi (GPS) cihazı, ataletsel ölçüm birimi (IMU), dijital pusula ve enkoder içermektedir. Tüm bu ölçülen veriler gerçek zamanlı olarak alınıp buna karşılık gelen gerçek konumu vermek için eşzamanlı olarak işlenmektedirler. Bu çalışmada insansız yer aracının davranışını tanımlamak için sadece kinematik bisiklet modeli kullanılarak araç modellenmiştir. Araç hafif olduğu ve yavaş hareket ettiği için modeldeki dinamik etkiler ihmal edilmiştir. Bisiklet modeli arka tekerleri ve ön tekerleri bir araya getirerek iki tekerlekli tek izli olarak dört teker aracı modelini basitleştirmiştir. Bu basitleştirilmiş kinematik modelde yanal kararlılık üzerine herhangi bir etkiye sahip olmamasından dolay aracın yanal boyutları ihmal edilmiştir. İstenilen referans rotaları takip edebilmek için insansız yer aracının konum, hız ve yönelimini kontrol edecek kinematik modele dayalı bir algoritma önerilmiştir. Teorik ve deneysel sonuçlara göre, değiştirilmiş PD kontrolcüyü kullanan önerilen kontrol sistemi istenilen yörünge veya yol takibinde aracın kontrolü işleminde oldukça etkin olduğunu kanıtlamıştır. Kontrol sisteminin etkinliğini kanıtlamak için, hem teorik hem de deneysel çalışmalardan elde edilen sonuçlar literatürdeki mobil robotun kontrolünde kullanılan kayan kip kontrol (SMC) yöntemi ile karşılaştırılmıştır. Karşılaştırmanın sonuçları, önerilen sistemin konum hatası, hız kısıtlaması ve dümenleme açısına göre yüksek bir performansa sahip olduğunu göstermektedir. Teorik ve deneysel çalışmalarda, yörüngeler veya yollar iki boyutlu uzay eğrileri veya bilindik geometrik eğriler olarak tanımlanmışlardır. Bu eğrileri oluşturmak için kontrol noktaları Google Earth programı ile seçilmişlerdir. Mobil robotun pozisyon ve yönelimindeki hatalar (Xe, Ye, e) aracın anlık pozisyonu ve ilgili referans eğrisi karşılaştırılarak hesaplanmaktadır. Burada gerçek araç pozisyonu gerçek zamanlı uygulamalar için GPS / IMU entegrasyonu ile belirlenecektir. Tüm bu gerçek zamanlı testler, MATLAB yazılımı üzerine yazılan kullanıcı tanımlı programlar aracılığıyla gerçekleştirilmektedir. Bu benzetim sonuçları insansız yer aracının tasarım ve kontrolde ne denli başarılı olduğunu göstermektedir.
Dynamic Analysis and Control of Rehabilitation Robot Manipulator for Head-Neck Orthopedic Disorders
(2020) Duru, Ahmet Sadık; Bayram, Atilla
Günümüzde robotlar gelişen teknolojiyle beraber, sağlık alanında uzun süre tekrarlanan ve hassasiyet gerektiren işler için yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu konu ile ilgili olarak rehabilitasyon robotları güncel bir konu olup bu tür robotik sistemler sağlık alanındaki yerlerini almışlardır. Bu çalışma tortikollis gibi boyun hastalıklarının tedavisi için çift kollu robot manipülatör tasarımını içermektedir. Manipülatörün her bir kolu 4 serbestlik derecesine sahip bir manipülatördür. Sistem eksik eylemli olup rehabilitasyona tabi tutulan kafanın serbest yönelim hareketlerini eksiksiz yaptırabilmek; yani kinematik olarak kapalı çevrim olan robotik sistem ölü noktalardan kaçınarak hareket ettirebilmek için kolların kafa ile bağlantısında üniversal mafsal kullanıldı. Sonuçta her bir kol, dördü aktif tahrikli ve ikisi de pasif olmak üzere toplam altı serbestlik dereceli bir seri manipülatördür. Kafanın hareketlerini robot manipülatörle uyumlu bir şekilde gerçekleştirmek için kafa-boyun modeli dört serbestlik dereceli seri manipülatör olarak tasarlandı. Kafa-boyun modeline uygun olarak çift kollu robot manipülatörün uzuv uzunlukları belirlendi. Çalışmada kafa ile çift kollu robot manipülatörün hareketlerini senkronize bir şekilde incelemek için sistemin kinematik analizleri yapıldı. Kuvvet ve moment etkisi altında sistemin nasıl bir davranış içinde olduğunu görmek için kafanın ve çift kollu robot manipülatörün ayrı ayrı dinamik analizleri yapıldı. Kafa-boyun sistemini tanımlayan modele istenilen rehabilitasyon referans hareketlerini yaptıracak olan dış kuvvetler, kolların tork/kuvvet girdileri olarak alınarak hesaplanmış tork kontrol metodu ile sistemin kontrolü yapıldı.
Path Following of an Unmanned Ground Vehicle With Gps Feedback Using Model Predictive Control Method
(Gazi Univ, Fac Engineering Architecture, 2023) Bayram, Atilla; Almali, Mehmet Nuri; Al-Naqshbandi, Firas Muhammad
In this paper, path following control of an unmanned ground vehicle is presented based on the feedback of position and orientation errors. The measurement unit of this autonomous vehicle prototyped for such tasks contains a real-time kinematic global positioning system (RTK-GPS), an inertial measurement unit (IMU) and an absolute encoder to accurately define the position and orientation of the car. A model predictive control was proposed for the path following of the mobile robot based on the successive linearized and discretized kinematic model. This optimal control method performs on the lowest position and orientation errors with respect to a non-holonomic virtual vehicle that is considered to move flawlessly on a given reference path and the smoother steering angle. The paths followed here are defined by rationally based splines or known geometric curves created with control points from a digital mapping program. This paper includes both simulation and real-time experimental studies. The outcomes were examined in terms of the design performance and control strategy of the vehicle. Despite the physical constraints on the vehicle prototype, it has been observed that position and orientation errors occur within satisfactory limits. In particular, the fact that the steering angle is not subjected to excessive oscillations indicates that the control method has a good performance.
The Position Control of a Spatial Binary Hyper Redundant Manipulator Through Its Inverse Kinematics
(Sage Publications Ltd, 2013) Bayram, Atilla; Ozgoren, M. Kemal
This article is about the position control of a binary hyper redundant manipulator, which is driven by pneumatic on-off actuators. The end platform of the binary hyper redundant manipulator bears a small fine tuning manipulator, which is a continuously actuated six-joint manipulator attached as a versatile error-compensation tool. It is employed to compensate especially the discretization errors. The position control aims to make the end-effector of the fine tuning manipulator track a specified sequence of successive poses as required by the task to be performed. This aim is achieved by solving the inverse kinematics problem of the binary hyper redundant manipulator, i.e. by determining the binary positions of the on-off actuators, so that the end platform of the binary hyper redundant manipulator enters the inverted working volume of the fine tuning manipulator for each specified target pose of the end effector. As to solve the inverse kinematics problem of the binary hyper redundant manipulator, three methods are presented. They are the plain spline fitting method, the extended spline fitting method, and the workspace filling method. The plain spline fitting method is based on forcing the actual backbone curve of the binary hyper redundant manipulator to approximate a spatial reference spline which is specified as the desired backbone curve. In the extended spline fitting method, the result found in the plain spline fitting method is improved by using a genetic algorithm. In the workspace filling method, the workspace of the binary hyper redundant manipulator is filled randomly with a sufficiently large finite number of discrete configurational samples. If it is desired to have a concentration on a particular region of the workspace, then that region is filled by using a genetic algorithm. After the filling stage, the sample closest to the desired configuration is determined by a suitable searching algorithm. The three methods are demonstrated and comparatively discussed by means of several examples.
Trajectory Tracking of a Planer Parallel Manipulator by Using Computed Force Control Method
(Editorial office Chinese Journal Mechanical Engineering, 2017) Bayram, Atilla
Despite small workspace, parallel manipulators have some advantages over their serial counterparts in terms of higher speed, acceleration, rigidity, accuracy, manufacturing cost and payload. Accordingly, this type of manipulators can be used in many applications such as in high-speed machine tools, tuning machine for feeding, sensitive cutting, assembly and packaging. This paper presents a special type of planar parallel manipulator with three degrees of freedom. It is constructed as a variable geometry truss generally known planar Stewart platform. The reachable and orientation workspaces are obtained for this manipulator. The inverse kinematic analysis is solved for the trajectory tracking according to the redundancy and joint limit avoidance. Then, the dynamics model of the manipulator is established by using Virtual Work method. The simulations are performed to follow the given planar trajectories by using the dynamic equations of the variable geometry truss manipulator and computed force control method. In computed force control method, the feedback gain matrices for PD control are tuned with fixed matrices by trail end error and variable ones by means of optimization with genetic algorithm.