Delta Robot ile Donatılmış Bir Dört Döner Kanatlı İnsansız Hava Aracının Denetimi

Abstract

Bu tezde delta robot tipi manipulator ile birleştirilmiş bir dört döner kanatlı insansız hava aracının gürbüz denetimci tasarımı ve uygulanması incelenmiştir. Farklı robotik manipülatörler ile çeşitli uygulamalarda kullanabilmek için, model bağımlılığı görece daha az olan denetim yapıları çalışılmıştır. Birleşik sistem dengelenmemiş bir katı cisim olarak modellenmiş, bir başka ifadeyle ağırlık merkezinin konumu gövde referans ekseni merkezine göre değişebilen bir yapı olarak düşünülmüş, delta robotun uç etkileyici hareketi platform için ağırlık merkezi değişimi ve dış bozucu etkiler olarak değerlendirilmiştir. Benzetimlerde, İntegral – Oransal-Türevsel denetimcili Bozucu Etki Gözlemleyici, Genişletilmiş Durum Gözleyici ile birleştirilmiş OransalTürevsel ve Geri-Adımlamalı denetimciler uygulanmış ve sonuçlar karşılaştırılmıştır. Dönerkanadın doğrusal konumunun bozucu etkiler altındaki değişimi dikkate alınarak, delta robotun çalışma alanı tasarlanmış ve delta robotun kol uzunlukları istenen çalışma alanını kapsayacak şekilde Genetik Algoritma kullanılarak eniyilenmiştir. Ayrıca, geliştirilen denetimci, C dilinde yazılıp mikrodenetleyici tabanlı uçuş kontrol kartın, Naze32'ye gömülmüştür. Son olarak, tasarlanan yönelim denetimcisi gerçek sistemde test edilmiş ve sonuçlar sunulmuştur. Benzetimler ve fiziksel sistem üzerindeki uygulamalar, Genişletilmiş Durum Gözleyici ile birleştirilmiş GeriAdımlamalı kontrolcünün diğerlerine göre yönelim denetiminde daha başarılı olduğunu göstermektedir. Elde edilen sonuçlar ve tecrübe, hava manipülatörü amaçlı uçan robotların tasarımında kullanılacaktır.

In this thesis, robust controllers are designed and implemented for a quadrotor type of an unmanned aerial vehicle equipped with a delta robot as a manipulator. In order to achieve various applications with different robotic manipulators in the future studies, less model dependent control structures are studied. The coupled system is modelled as an unbalanced rigid body, i.e., location of the center of gravity with respect to the body fixed reference frame can change and the effects of the end-effector of the delta robot are considered as change in center of gravity and external disturbance torques for the platform. In simulations, Disturbance Observer combined with IntegralProportional Derivative (I-PD) controller, Extended State Observer (ESO) combined with Proportional Derivative (PD) and the Backstepping controllers are implemented and results are evaluated. By considering the deviations in linear position of quadrotor under disturbances, workspace of delta robot is designed, and the link lengths of delta robot are optimized by using Genetic Algorithm which could cover designated workspace. Moreover, developed controller has been written in C language and embedded into a microcontroller based flight control board, Naze32. Finally, designed controllers are tested on the real system and results are presented. The simulations and the implementations show that the backstepping controller with ESO gives superior performance for the attitude control of the quadrotor equipped with a delta robot type parallel manipulator. The results and the experience of this thesis will be utilized to design flying robots for the purpose of aerial manipulation.