Sabit ve Degisken Zaman Gecikmeleri ile Bas Eden Iki Yönlü DogrudanTeleoperasyon ve Model Aracılı Denetim

Compensating for Constant and Variable Time Delays in the CommunicationLine of Bilateral Direct Teleoperation and Model-Mediation Techniques

K. Merve Dogan1, Meryem Deniz1, M. I. Can Dede2, Enver Tatlıcıoglu1

1Elektronik ve Haberlesme Mühendisligi BölümüIzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü

Gülbahçe Köyü, Urla, 35430, Izmir

2Makina Mühendisligi BölümüIzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü

Gülbahçe Köyü, Urla, 35430, Izmir

[mervedogan, meryemdeniz, candede, enver]@iyte.edu.tr

Özetçe

Teleoperasyon sistemleri kullanıcının nesneleri uzaktanyönlendirmesini, hissetmesini, hareket ettirmesini saglar. Kul-lanıcının ana cihazı hareket ettirmek istedigi alan çogu zamanbagımlı sistemin çalısma alanıyla sınırlıdır. Iki yönlü teleope-rasyonda, kullanıcıya uzaktaki ortamda görevini gerçeklestiri-yormus hissiyatını saglamak için bagımlı sistemden ana sistemeçevresel kuvvet bilgilerinin geribildirimi gerçeklestirilir. Bilgi-lerin iletilmesi sırasında ana ve bagımlı sistemler arasındaki me-safe iletisim hattında zaman gecikmelerine neden olur.

Bu çalısmada dogrudan teleoperasyon ve model aracılı te-leoperasyon yöntemleri kullanılarak bagımlı sistem ana sistemisabit veya degisken zaman gecikmeleri ile izlemektedir. Zamangecikmelerinin etkilerini telafi etmek için kullanılan yöntemlerkarsılastırılmıs ve model aracılı yönteminin daha iyi izleme ba-sarımına sahip oldugu ve daha kararlı oldugu gözlemlenmistir.Bahsedilen yöntemler Matlab Simulink bloklarıyla gerçek za-manlı olarak, ana ve bagımlı alt sistemleri olan Phantom Omnihaptik cihazı ve sanal ortamda olusturulmus RRP SCARA robotkolu ile deneysel olarak test edilmistir.

Abstract

Teleoperation systems enable a human operator to move,sense and mechanically manipulate objects at a remote environ-ment. For this study the task depends on wherever human ope-rator wants to move the master system which adhere to master’sworkspace. In bilateral teleoperation systems, the environmen-tal force information at the slave side is fedback to the masterside to make the human operator feel the slave environment.During the transmission of information, the distance between

master and slave systems induces communication line delayswhich are usually variable. The manipulation problem is furt-her complicated by the presence of communication line inducedvariable delays. In this paper, operating a slave system, locatedin an environment, follows a master system with constant andvariable time delay by using direct teleoperation and model me-diation techniques. To compensate for the affects of variabletime delays model mediation technique is used and comparedwith direct teleoperation. When we compare both teleoperationtechniques, the model mediation technique is shown that betterstability and tracking performance. We choose a haptic device,Phantom Omni, for the master system, and RRP SCARA robotarm for the virtual slave system.

1. GirisIki yönlü teleoperasyon teknolojisi kullanıcının uzak, riskliveya tehlikeli ortamlardan haptik, görsel ve/veya isitsel geribil-dirim alarak karmasık görevleri yerine getirebilmesini saglar.Çogunlukla kullanıcı bagımlı cihazı haptik olarak seçilebilenana cihaz ile kullanır. Iki yönlü teleoperasyonda iletilen isaret-ler hız ve/veya kuvvet bilgilerini içerebilir. Dört yönlü teleope-rasyonda ise hem hız hem de kuvvet bilgileri iki yöne de ile-tilir. Bu sistemde amaçlanan ana sistemde kullanıcının bagımlısistemin ortamında varolma hissiyatı ile çalısmasıdır [1], [2].Isaretler kullanıcı ile ana cihaz ve bagımlı cihaz ile bulunduguçevre alt sistemleri arasında sürekli olarak degistigi için iletisimhattındaki denetleyici döngüsü kapalı döngüdür. Teleoperayonsisteminde iletisim hattında meydana gelen bilgi kayıpları vezaman gecikmeleri nedeniyle kapalı döngü sisteminin kararlı-lıgı olumsuz yönde etkilenir. Teleoperasyon sisteminin özelliklebir alt sisteminde veya iletisim hattında problemle karsılasıldı-gında genel güvenligi sürdürmek için tüm alt sistemler güvenilirolmalı.

873

Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK'2015, 10-12 Eylül 2015, Denizli

Uzakta varolma durumunun/hissiyatının arttırılması tele-operasyon sisteminin gelistirilmesi asamasında ve ardındangörev basarımının arttırılmasında önemli bir tasarım sorunu-dur. Teleoperasyon sisteminde kullanıcıya uzakta olma hissininolusturulması sistemin önemli bir özelligidir. Bagımlı sisteminbulundugu çevrenin sanal temsilinin etkin görüntüsü ve karma-sık zamansal-uzaysal iliskilerin görsellestirilerek teleoperasyonuygulamalarında kullanılması sistemin görev basarımını gelisti-rir [3]. Kullanıcı tarafından ana sistemden iletilen komutlar ba-gımlı sisteme aktarılırken aynı zamanda bagımlı sistem algıla-yıcıları kullanarak bagımlı sistem ortamının basit bir modeliniolusturmak amacıyla ana sistemdeki bilgiyi günceller [6]. Öteyandan bagımlı sistemin çevre modelinin iletilmesinde farklıbir yaklasım kullanılmıstır [4], [5]. Bu yaklasım literatürde sa-nal gerçeklik tabanlı veya model aracılı teleoperasyon olarakgeçer ve dolaylı baglantıyla seffaflıgı saglamayı amaçlar. Tele-operasyon sisteminin basarımını iletisim hatlarındaki basarısız-lıga ragmen gelistirmek amacıyla model aracılı teleoperasyonyöntemi ilk olarak önerilip Mitra ve Niemeyer tarafından uy-gulanmıstır [5]. Sabit zaman gecikmeleri ile yapılan testlerdeyöntemin sistemler arasında iletilen bilgi yükünü azaltıp, siste-min bant genisligini arttırdıgı görülmüstür. Model aracılı yön-temin iletisim kanallarındaki sabit zaman gecikmelerinden kay-naklanan kararsızlıgı azalttıgı belirtilmistir. Bu yöntemdeki esasamaç ana cihazın düsük frekanslarla güncellenen uzak ortamınsanal modeliyle etkilesime girmesidir. Bagımlı cihaz güncelle-nen bilgileri gecikmeli olarak yollar bu sebeple ana sistem ara-yüzü bagımlı sistem ortamının varlıgı hissiyatı ile bir zaman ge-cikmesi ve kararsızlık olmaksızın kullanıcının ana cihazı yön-lendirmesini saglar [7]. Literatürdeki baska bir çalısma olan [8]paralel konum/kuvvet denetleyicisinin uygulandıgı model ara-cılı teleoperasyon yöntemi ile denetim algoritması gelistirerekdeneysel testlerinin yapılması üzerinedir. Dede ve Uzunoglu ba-gımlı sistemin yerel denetiminde empedans denetimi kullanmıs,model aracılı teleoperasyon yöntemini kullanan üç serbestlikdereceli ve iletisim hatalarının bulundugu durum için teleope-rasyon sistemi gelistirmistir [9].

Bu çalısmada dogrudan teleoperasyon ve model aracılı te-leoperasyon kullanarak bir denetim algoritması gelistirilmisve öncelikle sistem kararlılıgı ardından da iletisim hatalarınınvarlıgında teleoperasyon sisteminin basarımı gözlemlenmistir.Bahsedilen yöntemler Matlab Simulink bloklarıyla gerçek za-manlı olarak, ana ve bagımlı alt sistemleri olan Phantom Omnihaptik cihaz ve sanal ortamda olusturulmus RRP SCARA robotkolu ile deneysel olarak test edilmistir.

2. Teleoperasyon Denetimi

Teleoperasyon sistemlerinde denetleme yapısı genelde ana vebagımlı olmak üzere iki alt sisteme ayrılmıstır. Teleoperasyonsistemlerinde denetleyici hedefi bagımlı cihazın alt sistemindebulundugu ortamın içinde ana cihazla yönlendirilmesidir. Bilgi-lerin iletilmesi sırasında ana ve bagımlı sistemler arasındaki me-safe iletisim hattında zaman gecikmelerine ve bilgi kayıplarınaneden olabilir. Bu çalısmada deneyler dogrudan teleoperasyonve model aracılı yöntemlerle gerçeklestirilmis ve iki yönteminbasarımları karsılastırılmıstır.

Sekil 1: Izmir Yüksek Teknoloji Ensititüsü Kontrol Laboratu-varında bulunan Phantom Omni haptik cihaz.

2.1. Dogrudan Teleoperasyon

Dogrudan teleoperasyon yönteminde ana ve bagımlı alt sistem-ler kendi denetleyicilerine sahiptir ve dogrudan etkilesime ge-çerler. Pozisyon ve hız komutları ana alt sistemin denetleyicisin-den bagımlı alt sistemin denetleyicisine gönderilirken bagımlısistemin bulundugu çevreden elde edilen kuvvet ve/veya torkbilgileri ana alt sistem denetleyicisine gönderilir. Iletisim hat-tındaki degisken veya sabit zaman gecikmeleri bu sayede azal-tılır.

2.2. Model Aracılı Teleoperasyon

Bu yöntemde(Sekil2) kullanıcı komutları kendine ait denetle-yicisi olan ana cihaza gönderir. Bagımlı sistemdeki denetleyicihareket iç döngüsü oransal- türev tipli denetleyici olan empe-dans denetleyicisini kullanmaktadır. Ana sistem bagımlı siste-min ve bagımlı sistem ortamının bagımlı alt sistemdeki temsil-cisine (ingilizcesi proxy) baglanır. Bu baglantı sayesinde anacihaz komutları bagımlı cihaza yolladıgında, temsilci komut-ları bagımlı sistemden önce alır. Bahsedilen temsilcinin ana sis-tem ve bagımlı sistem arasında kullanılmasının hem avantaj-ları hem de dezavantajları bulunmaktadır. Temsilcinin dinamik-leri tüm sistemin hareketini etkilerken, temsilci sayesinde ba-gımlı sistemden gelen bildirimler dogrudan teleoperasyon yön-temine kıyasla daha az sıklıkla iletileceginden gecikmelerdenkaynaklanan pasifsizligi bozucu etkenler engellenir. Temsilci-nin ve sanal model olusturulmasındaki amaç, ana cihaza ve kul-lanıcıya iletisim gecikmelerinden, iletisim kayıplarından ve ba-gımlı sistemin ortamının bilinmezliginden kaynaklanabilecekfazladan kuvvet aktarımlarını engellemektir. Ana cihaz engele

874

Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK'2015, 10-12 Eylül 2015, Denizli

ulastıgında temsilci de bunu hisseder. Ana cihaz engelin içinegirerken temsilci ve bagımlı sanal cihaz ise girmez. Bu durumdaana sistem hala ortamsal kuvvetleri kullanıcıya hissettirir.

Sekil 2: Model aracılı teleoperasyon.

2.2.1. Ana Sistem

Ana sistemde, temsilci ana cihazın hareketlerini modellenmisbagımlı sistem ortamının kısıtlarını dikkate alarak izler [5]. Kul-lanılan denetleyicide, temsilcinin dinamik hareketleri xp, ölçü-len bagımlı cihaz hareketleri xs ve ölçülen kuvvete göre em-pedans terimi olan ortalama temasa ayak uydurmayı amaçlayanhareketler xr ile hesaplanır. Temsilcinin dinamik davranısı tem-silci hızının νr asagıdaki denklemle elde edilmesi ile saglanır

νr = νm +kpmkdm

(xm − xp) (1)

yukarıda xm, νm, xp, kpm, ve kdm sırasıyla ana sistemin ko-numunu, hızını, temsilcinin konumunu, oransal- türev denetle-yici kazançlarını ifade eder. Temsilci ana sistemin konumunaulastıgında temsilcinin hızı ana cihazın hızına ulasmıs olur veasagıdaki sartı saglar

xm − xp = 0. (2)

Kuvvet çıkısı denetleyici parametreleri ile temsilci ve anasistem konumları arasında olusan hata ile ana sistemde meydanagelir. Yüzey ile temas halindeki temsilci bu yüzey ile kısıtlan-dıgından meydana gelen konum farkı ile kullanıcıya asagıdakigibi tanımlanan Fm kuvvetini aktarır

Fm = kpm (xp − xm) + kdm (νp − νm) . (3)

Denklem (1) ile denklem (3) kullanılarak asagıdaki denklemelde edilir

Fm = kdm (νp − νr) . (4)

Yüzey normali n ile gösterildiginde νTp n sanal objenin yü-zeyinde hareket eder ve artı tanımlıdır. Temsilcinin artı tanımlıyüzeyindeki hızı asagıdaki gibi kısıtlandırılmıstır

νTp n ≤ βα (5)

burada β yüzeye olan mesafeyi temsil etmektedir, α ise asagı-daki gibi kısıtlandırılmıstır

α ≤ 1

∆T(6)

burada ∆T döngü zamanını temsil etmektedir.

2.2.2. Model Olusturulması ve Güncellenmesi

Model güncellemesi bagımlı sistemde robotun uç noktasınınkonumu ve ortamla yapılan temasından kaynaklı tepki kuvvet-leri ile elde edilir. Sistem cevabının kararlılıgını saglamak veasırı kuvvetlerden korunmak için bagımlı ortamın modeli anasistemde belirli kısıtlamalarla Sekil 3’teki gibi güncellenmek-tedir. Temsilci elde edilen modelin kısıtlamaları içinde hareketederken, alınan güncellemeler modele dinamik olarak uygula-nır. Model güncellemeleri yüzey tanımlama, yok etme ve nes-nenin kaydırılması yöntemleri ile uygulanır. Temsilci sanal yü-zeyin içerisinden geçemeyecek sekilde ana cihazı takip ederkenbir yandan bagımlı cihaz kendi ortamında gecikmeli olarak, ger-çek yüzeylerle çalısır. Ortamda bulunan yüzeyden daha yüksekbir seviyede ölçülme durumu yüzeyin kaydırılması anlamınagelir. Bu yöntemde, ortamdaki yüzeyin konumu, eski sanal yü-zeyin üzerinde oldugundan, güncellenecek olan yüzey temsilcikonumunun hemen altında olusturulur. Güncelleme, olusturu-lan yüzey ile bagımlı ortamdaki yüzey aynı konuma gelene ka-dar devam eder ve aynı konuma ulastıgında sabitlenir. Sabit-leme isleminden sonra yüzey modelde olusturulur. Bu sayedeana cihazda model güncellemeleri sırasında kullanıcıya fazla-dan kuvvet aktarımı engellenmis olur. Yüzeyin yok edilmesiyönteminde, güncellemede ortamdaki yüzeyin daha asagıda öl-çülmesi söz konusudur. Bu durumda ise güncellenen eski yü-zey ortamdaki yüzeyin konumunda olusturularak, yaratılan tem-silci dinamigi ile asamalı olarak ana cihazın konumuna getirilir.Bagımlı cihaz komutları temsilci yardımı ile aldıgından, gün-celleme yapılırken ana cihazın konumunu asamalı olarak ya-kalar. Bu sayede bagımlı sistemde olusabilecek salınımlı hare-ketler olusmaz. Model olusturulması için bagımlı cihazın ça-lısma alanı x-y-z eksenlerinde parçalara ayrılır. Bagımlı cihazortamla temasa geçtiginde kuvvet hesaplama yöntemi ile belir-lenen yönde robotun uç noktasının hızının sıfırlanması bilgisikullanılarak konum bilgileri ana sisteme model olusturulmasıve güncellenmesi için yollanır. Ancak yeni bir yüzey ile kar-sılasıldıgında bilgi iletimi oldugu için bilgi iletimi az sıklıklaolur ve gecikmeden dolayı olusabilecek pasifsizligi bozan et-kenler azalır. Sistem üzerinden yüzey konumunun tahmini ilebeslenen yüzey bilgileri çalısmamızda z yönünde olusturulmus-tur. Z yönündeki yüzey modeli xmsurface bagımlı sistemdenalınan/ölçülen yüzey konumuna xssurface esittir. Bagımlı sis-temde, ana sistemde beklenmedik kuvvet artımlarından kaçın-mak için z yönünde asagıdaki gibi bir kısıtlama verilmistir

xmsurface = xssurface (7)

xmsurface ≤ xp. (8)

2.2.3. Bagımlı Sistem

Bagımlı sistemin paralel konum/kuvvet denetimi eklem uza-yında empedans denetleyici kullanılarak yapılır. Hesaplanan hızhatası e asagıdaki gibi ifade edilir

e , νp − νs − νr (9)

burada νs ve νr sırasıyla bagımlı cihazın uç noktasının ölçü-len hızını ve hedef empedans kullanılarak hesaplanan hareketözelligini temsil eder. Bagımlı sistemdeki oransal-integral-türev

875

Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK'2015, 10-12 Eylül 2015, Denizli

Sekil 3: Modelde yüzey güncellemesi.

kuvvetimiz FPID asagıdaki gibi gösterilmistir

FPID = kpse+ kdse+ kis

∫e (10)

burada kps, kds ve kis sırasıyla oransal, integral ve türev ka-zançlarını temsil eder. Sanal olarak kütle- sönümleyici- yay ileolusturulan empedans terimi I asagıdaki gibidir

I ,F

νr. (11)

Ana sistemde temas sonucunda olusan kuvvetler temsilci veana sistemde yaratılan model üzerinden kullanıcıya gönderilir.Bu kuvvetler bagımlı sisteme de iletilip bagımlı cihazın kullanı-cının uyguladıgı kuvvetleri temas ettigi ortama aktarılır. Deneysırasında hiçbir temas söz konusu degilse denetim algoritmasısadece konum denetimi için kullanılır. Kuvvet denetimi ise sa-dece temas/çarpma durumunda uygulanır.

2.2.4. Bagımlı Sistem Modeli

Bagımlı cihaz olarak tercih edilen sanal RRP Scara robotun me-kanizması Sekil 4’te verilmistir.

Sekil 4: Scara’nın mekanizması.

Bagımlı sistemin dinamik modeli asagıdaki gibidir

M(q)q + C(q, q)q +G(q) = τ + τC (12)

burada q (t), q (t), q (t) ∈ R3 sırasıyla eklem pozisyonlarını,hızlarını ve ivmelerini temsil ederken, M(q) ∈ R3×3 artı ta-nımlı simetrik eylemsizlik matrisini, C (q, q) ∈ R3×3 koriyolisve merkezkaç etkisini, G(q) ∈ R3 yerçekimi etkisini, τ (t) veτC (t) ∈ R3 denetleyici girisini ve temaslar için olusturulmuskontrol girisini temsil etmektedir.

3-Eklemli Scara robot kolunun eylemsizlik matrisi M(q)

asagıdaki gibidir

M =

M11 M12 M13

M12 M22 M23

M13 M23 M33

(13)

M11 = I1 + I2 +m2a12 +m3a1

2

+m3a22 + 2m3a1a2c2 (14)

M12 = m3a22 +m3a1a2c2 + I2 (15)

M13 = 0 (16)

M22 = m3a22 + I2 (17)

M23 = 0 (18)

M33 = m3 (19)

burada I1 ve I2 sırasıyla 1. ve 2. eklemlerin atalet momentle-rini, m1, m2, m3 sırasıyla 1., 2. ve 3. eklemlerin kütlelerini, a1ve a2 sırasıyla 1. ve 2. eklemlerin uzunluklarını temsil eder, c2terimi ise cos(q2)’yi temsil etmektedir. Kütle merkezleri eklemmerkezleri ile aynı hizada alınmıstır. Koriyolis ve merkezkaçetkisi C (q, q) asagıdaki gibi verilmistir

C =

C11 C12 C13

C21 C22 C23

C31 C32 C33

(20)

C11 = −m3a1a2q2s2 (21)

C12 = −m3a1a2s2(q1 + q2) (22)

C13 = 0 (23)

C21 = m3a1a2s2q1 (24)

C22 = 0 (25)

C23 = 0 (26)

C31 = 0 (27)

C32 = 0 (28)

C33 = 0 (29)

burada s2 terimi sin(q2)’yi temsil etmektedir. Yerçekim vektörüG(q) asagıdaki gibidir

G =

0

0

m3g

(30)

burada g yerçekim ivmesini temsil etmektedir. Genellestirilmistemas kuvvetimiz FC asagıdaki gibi hesaplanmıstır

FC = JT τC (31)

876

Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK'2015, 10-12 Eylül 2015, Denizli

burada J(q) ∈ R3×3 Scara’nın Jakobiyen matrisidir ve asagıdaverilmistir

J =

J11 J12 J13J21 J22 J23J31 J32 J33

(32)

J11 = −a1s1 − a2s12 (33)

J12 = −a2s12 (34)

J13 = 0 (35)

J21 = a1c1 + a2c12 (36)

J22 = a2c12 (37)

J23 = 0 (38)

J31 = 0 (39)

J32 = 0 (40)

J33 = −1 (41)

burada s1, s12, c1 ve c12 sırasıyla sin(q1), sin(q1+q2), cos(q1)

ve cos(q1 + q2)’yi temsil etmektedir.

3. Denetleyici YapısıGenel olarak teleoperasyon sistemlerinde denetim yapısı ba-gımlı ve ana olmak üzere iki alt sisteme ayrılır. PID tipli denet-leyici bagımlı sistemin ortamında ilk temastan kaynaklı hasar-dan kaçınmak için empedans denetimi olarak tasarlanır. PD tiplidenetleyici ise ana sistemde tasarlanır. Bu denetleyicide hare-ket iç döngüsünde bagımsız eklem denetimi yapılır. Konum bil-gisi ve hesaplanmıs temas kuvvetleri kısıtlamalarını tahmin et-mek amacıyla bagımlı cihazın dinamik modelinden elde edilir.Temsilci, ana cihazı, model olusturulmasını saglayan bagımlırobotun tasarlanmıs dinamikleri yardımıyla izler. Ana sistemgüncellenmis konuma ulastıgında, güncellemeler model olustu-rulması için kullanılır. Bu çalısmada güncellestirmeler deneyselolarak gözlemlenmistir.

4. Deney Düzenegi ve Test SonuçlarıTest sonuçları dogrudan teleoperasyon ve model aracılı teleope-rasyon tekniklerinin zaman gecikmeleri ile bas etme yönteminigöstermektedir. Deneylerde Matlab/ Simulink yardımıyla ger-çek zamanlı denetim yazılımı olan QUARC kullanılmıstır. Si-mülasyonlar 0.002 saniye sabit adım aralıgı (Ode 1) ve gerçekzamanlı Windows hedef kodu kullanılmıstır.

Test empedans denetimi olmadan yürütülmüstür. Empedansdenetimi uygulanmadıgından temas sırasında bagımlı sistem-den ortama beklenmedik kuvvetlerin sarf edildigi gözlemlen-mistir.

Takip hatasını azaltan degerler olarak, deneme yanılmayöntemiyle, en iyi sonucu verecek kps, kds, kpm ve kdm sı-rasıyla 10, 40, 0.8 ve 0.4 seçilmistir. Orantı-türev denetleyicisizaman gecikmeli serbest hareket takibi testi ile test edilmistir.Pozisyon takibi, z yönünde Sekil 5 ve Sekil 6’da sabit zamangecikmesi ile gösterilmistir ve Sekil 7 ve Sekil 8’de degiskenzaman gecikmesi ile gösterilmistir. Deneylerde ilk temastan iti-baren kısıtlamalar model güncellemesi kullanılarak ögrenilmis-tir. Komutlar ana sistem ile bagımlı sistem arasında görev uza-yında yollanır. Eger belirli bir duvar (engel) tanımlanmamıs ise

bagımlı cihaz ana cihazı serbest sekilde izler. Bagımlı cihaz te-mas anına kadar serbest hareketine devam eder. Bagımlı cihazınsırasıyla sabit zaman gecikmeli ve degisken zaman gecikmeliizleme basarımı Sekil 6 ve Sekil 8 ile gösterilmistir. Daha sonrabagımlı çevrede −25mm’de duvar tanımlanmıs ve sabit zamangecikmesi 1 saniye seçilmistir. Bagımlı cihaz temas sırasındaduvarı asmaya çalıstıgında sanal kuvvet uygulanarak duvarınkonumu korunmaktadır. Ana sistemden bagımlı sisteme duvarıas komutu geldiginde temsilci duvara karsı konumunu koruya-rak bagımlı sistemin duvarı asmasını engeller. Ana cihazımızduvarı asabilirken bagımlı cihazımız temsilci sayesinde duvarıasamaz, kuvvet geribildirimi yaratılır ve ana cihazı izlemeye de-vam eder. Ana sisteme bagımlı sistemden yollanan kuvvet ge-ribildirimi cihazda kırılma/bozulma durumlarına yol açmamasıiçin doyuma ulastırılır. Duvarın pozisyonu bilindiginden ve mo-del sürekli güncellendiginden duvara ulasırken sistem yavas ça-lısır.

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45−40

−20

0

20

40

zaman[saniye]

mm

Pozisyon

AnaBagimli

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

0

10

20

30

40

50

zaman[saniye]

N

Kuvvet Geri Bildirimi

Sekil 5: Sabit zaman gecikmeli dogrudan teleoperasyon.

0 10 20 30 40 50−40

−20

0

20

40

zaman[saniye]

mm

Pozisyon

AnaTemsilciBagimli

0 10 20 30 40 50

0

10

20

30

40

50

zaman[saniye]

N

Kuvvet Geri Bildirimi

Sekil 6: Sabit zaman gecikmeli model aracılı teleoperasyon.

5. SonuçlarBu çalısmada dogrudan teleoperasyon ve model aracılı teleope-rasyon yöntemleri iletisim hatalarına maruz kalan iki yönlü te-leoperasyon sistemine uygulanmıstır. Tasarlanan algoritma, bir

877

Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK'2015, 10-12 Eylül 2015, Denizli

0 5 10 15 20 25 30 35 40−40

−30

−20

−10

0

10

zaman[saniye]

mm

Pozisyon

AnaBagimli

0 5 10 15 20 25 30 35 40

0

10

20

30

40

50

zaman[saniye]

N

Kuvvet Geri Bildirimi

Sekil 7: Degisken zaman gecikmeli dogrudan teleoperasyon.

0 10 20 30 40 50−60

−40

−20

0

20

40

60

zaman[saniye]

mm

Pozisyon

AnaTemsilciBagimli

0 10 20 30 40 50

0

20

40

60

zaman[saniye]

N

Kuvvet Geri Bildirimi

Sekil 8: Degisken zaman gecikmeli model aracılı teleoperasyon.

adet haptik cihaz (Phantom Omni) ve bir adet sanal ortamdaolusturulan robot kolu (RRP Scara) kullanılarak gerçek zamanlıtestlere z yönünde uygulanmıstır.

Dogrudan teleoperasyon yöntemi ile bagımlı cihaz ana ci-hazı izleyebilmistir. Ana cihaz duvarı astıgında, bagımlı cihazana cihazı gecikme ile izlemis ve yüksek kuvvet geribildirimiyollamıstır. Bu yöntemin dezavantajı ise yüksek kuvvet geribil-dirimleri ana cihaza zarar verme ihtimalinin ve sistemde karar-sızlıga yol açma ihtimalinin olmasıdır.

Iletisim hatalarından kaynaklanabilecek kararsızlıklarınolusturacagı zararlardan korunmak için model aracılı teleope-rasyon yöntemi uygulanmıstır. Sabit ve degisken iletisim gecik-mesine maruz bırakılan testlerden basarılı konum takibi sonuç-ları elde edilmistir. Zaman gecikmelerinin ve bilgi kayıplarınınoldugu durumda sistemin kararlılıgını korudugu gözlemlenmis-tir.

Bu çalısmada model aracılı teleoperasyon yönteminin,özellikle bagımlı sistemde ortam kısıtlarına ragmen, sisteminpasifligini iletisim hatlarındaki problemlere ragmen korundu-gunu ve izleme basarımının gelistigi görülmüstür.

6. TesekkürlerTüm yazarlar 113E147 nolu TÜBITAK projesi kapsamında des-teklenmektedirler. Bildirinin yazım ve deneylerinin gerçeklesti-rilmesi süresince desteklerini esirgemeyen Iztech Robotik La-boratuvar’ına tesekkürlerimizi sunarız.

7. Kaynakça[1] G. Niemeyer and J. J. E. Slotine, “Telemanipulation with

time delays,” The International Journal of Robotics Rese-arch, vol. 23, p. 873–890, 2004.

[2] H. Flemmer, “Control design and performance analysis offorce reflective teleoperators: a passivity based approach,”Ph.D. dissertation, Royal Institute of Technology, 2004.

[3] K. M. Stanney, R. R. Mourant and R. S. Kennedy, “Hu-man factors issues in virtual environments: A review ofthe literature, ” Presence, vol. 7, no. 4, pp. 327-352, 1998.

[4] B. Hannaford, “A design framework for teleoperators withkinesthetic feedback,” IEEE Transactions on Robotics andAutomation, vol. 5, no. 4, pp. 426-434, 1989.

[5] P. Mitra and G. Niemeyer, “Model-mediated telemanipu-lation,” The International Journal of Robotics Research,vol. 27, no. 2, pp. 253-262, February 2008.

[6] R. Chellali, “Teleoperation and Human Robot Interac-tions, Remote and Telerobotics,” N. Mollet, Ed., Basel,Switzerland, 2010.

[7] G. N. D. Gentry, “Euro haptics conference, and sympo-sium on haptic interfaces for virtual environment and te-leoperator systems,” in User Perceptionand Preference inModel Mediated Telemanipulation, pp. 268-273, 2007.

[8] M. I. C. Dede and S. Tosunoglu, “Parallel Position/ForceController for Teleoperation Systems with Time Delays,”The 5th IFAC Workshop on Technology Transfer in Deve-loping Countries: Automation in Infrastructure Creation,DECOM-TT, Izmir, Turkey, May 2007.

[9] E. Uzunoglu and M. I. C. Dede, “Iletisim Hatalarına Ma-ruz Kalan Iki Yonlu Teleoperasyon Sisteminin Gelisti-rilmis Kuvvet Takibi Performanslı Model-Aracılı Dene-timi,” National Conference of Turkish National Comitee ofAutomatic Control, TOK, Malatya, Turkey pp. 1017-1022,26-28 September 2013.

878

Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK'2015, 10-12 Eylül 2015, Denizli