İnsan şeklinde robotun elektronik devre tasarımı, imalatı ve ilgili kontrol yazılımının yapılması

Abstract

Bu çalışmada, insan şeklindeki robotun elektronik devre tasarımı ve imalatı yapılmıştır. Ayrıca robotun matematiksel ifadeleri çıkarılıp, ilgili kontrol sisteminin yazılımı gerçekleştirilmiştir. Robotun anatomisi, insanın anatomisini andırmaktadır. Robotun toplam 23 serbestlik derecesi vardır ve her eklem bir DC motor tarafından sürülmektedir. Eklemler arası konumları ölçmek için manyetik artımsal encoder ve servo potansiyometre kullanılmıştır. Robotun kontrolü için çift işlemcili iş istasyonu (work station) tipi masa üstü bilgisayar kullanılmıştır. Robot ile kontrol bilgisayarı arasındaki bilgi akışı göbek bağı (umblical cord) adı verilen kablolar tarafından sağlanmıştır. Robot üzerindeki sensörlerden alınan sinyaller, tasarlanan elektronik devreler üzerinden geçerek kontrol bilgisayarına ulaşmaktadır. Sistemin kinematik ve dinamik denklemleri MATLAB programının Symbolic Toolbox`u kullanılarak hesaplanmıştır. Bu denklemler, motor ve elektronik devre karakteristikleri ile bir araya getirilerek MATLAB`da benzetimleri yapılmıştır. Uygun görülen geri besleme kontrol matris değerleri BorlandC dilinde yazılan kontrol programına aktarılmıştır. Bu değerlerle robotun hareket etme, yürüme deneyleri yapılmıştır. Toplanan deneysel veriler MATLAB benzetim sonuçları ile karşılaştırılarak tekrar incelenmiştir. Bu süreç iteratif olarak en iyi sonuçlar elde edilinceye kadar devam etmiştir. Deneyler sonucunda robotun öne - arkaya, sağa - sola statik ve dinamik yürümesi gerçekleştirilmiştir. Böylece tasarlanan ve imalatı yapılan elektronik devreler ile yazılımı yapılan kontrol sisteminin başarılı bir şekilde robotu kontrol edebilmesi gerçekleştirilmiştir.

In this study, electronic circuits design and production of a humanoid robot were realized. Also mathematical equations of the robot were obtained and software of control system was written. Anatomy of the robot resembles to those of humans'. The robot has 23 degrees of freedom and each joint has been driven by a single DC motor. To measure positions of the joints, magnetic incremental encoders and servo potentiometers were used. A work station PC with dual processors capability was used to control the robot. The data transfer between the robot and the control computer was carried via umbilical cord. The signals from onboard sensors pass through custom electronic circuits before reaching to the host computer. Kinematics and dynamic equations of the system were computed by using Symbolic Toolbox of MATLAB. The equations coupled with characteristics of motor and electronic circuits simulated in MATLAB. Suitable values of control system feedback matrices were transferred to the control software which was written in BorlandC. Locomotion experiments of the robot were carried out with these values of matrices. The gathered experimental data were analyzed by using MATLAB. These iterative processes were continued until the most satisfactory results were obtained. As conclusions, forward - backward and side ways locomotion of the robot was realized successfully. These results prove that electronic circuits and control software work harmoniously and successfully indicating that the initial objectives were reached.