DEĞİŞKEN PARAMETRELİ BİR ALT EKSTREMİTE GÜÇLENDİRME ROBOTUNUN MEKANİK TASARIMI VE İLERİ KONTROL ALGORİTMALARININ UYGULANMASI

Abstract

Robotlar, uzun yıllar endüstride kullanılıyor olsalar dahi teknolojik gelişmeler sonucunda insan hareketlerini desteklemek amacıyla kullanılmaya başlanmıştır. Bu tez çalışmasında sağlıklı insanların yorgunluk seviyelerini azaltmak ve yük taşıma kapasitelerini arttırmak amacıyla bir alt-ekstremite güçlendirme robot tasarımı yapılmış, prototip üretimi gerçekleştirilmiş ve deneysel çalışma ile uygulanan kontrol yöntemlerinin performansları değerlendirilmiştir. Tez çalışması, robotun ve insan bacağının matematiksel modelinin oluşturulması, farklı kontrol yöntemleri için benzetim çalışmalarının yapılması, deney düzeneğinin mekanik ve elektronik tasarımı, deney düzeneğine farklı kontrol yöntemlerinin ve parametrik değişikliklerin uygulanması ile sonuçların elde edilmesi ve bu sonuçların karşılaştırılması bölümlerinden oluşmaktadır. Tez çalışması kapsamında literatürde karşılaşılmamış bir matematiksel model oluşturulmuş ve benzetim çalışmaları içerisinde kullanılmıştır. MATLAB ile çözümü gerçekleştirilen hareket denklemleri sonucunda, robotun bacak hareketlerini başarılı bir şekilde izlediği gözlemlenmiştir. Prototip üretimi için gerekli mekanik ve elektronik tasarımlar gerçekleştirildikten sonra deney düzeneği ortaya çıkarılmıştır. MATLAB/Simulink ile modellenen her bir kontrol yöntemi sisteme uygulanmıştır. Ayrıca 5 farklı durum ortaya çıkarmak amacı ile sistemin parametreleri değiştirilmiştir. Bu farklı durumlara her bir kontrol yöntemi ayrı ayrı uygulanarak deneysel uygulama sonuçları elde edilmiştir. Elde edilen bu sonuçların karşılaştırılmaları yapılarak kontrolcülerin performansları değerlendirilmiştir.

Even though robots have been used for many years in industry, they have been used in order to support human movements as a result of technological developments. In this thesis study, a sub-limb strengthening robot was designed in order to reduce the fatigue levels of healthy people and to increase the load carrying capacities, the prototype production was performed and the performance of the control methods applied by the experimental study was evaluated. This thesis consists of mathematical modelling of robot and human leg, simulation studies for different control methods, mechanical and electronic design of experimental setup, applying different control methods and parametric changes to experimental setup and getting and comparing the results. In the scope of the thesis, a mathematical model which is not encountered in the literature has been created and used in the simulation studies. As a result of the equations of motion solved with MATLAB, it has been observed that the robot has successfully tracked the leg movements. After the necessary mechanical and electronic designs for prototype production were carried out, the experimental setup was produced. Each control method, modeled with MATLAB / Simulink, has been applied to the system. In addition, the parameters of the system have been changed with the aim of revealing 5 different situations. In these different cases, each control method was applied separately and experimental results were obtained. The performances of the controllers were evaluated by comparing these results.