Time-delayed teleoperation with virtual environment reconstruction

Basit Öğe Kaydı
dc.contributor.advisorBaran, Abdurrahman Eray
dc.contributor.authorAzeem, Hafiz Huzaifa
dc.date.accessioned2022-12-16T15:44:14Z
dc.date.available2022-12-16T15:44:14Z
dc.date.issued2021
dc.departmentEnstitüler, Lisansüstü Programlar Enstitüsü, Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalıen_US
dc.description.abstractABSTRACT: Teleoperations have achieved a milestone in the field of robotics, performing ex tremely difficult tasks in hazardous environments such as undersea, nuclear sites, space exploration and tele-surgery. Their ability to perform tasks previously performed by a master device and to execute commands through a distant slave has opened many doors in the field of advanced robotics. When the distance between the master and the slave is long, the communication channel is subjected to time delays. In this thesis, our motivation was to find a way to reduce the effects of the time delay problem by estimating the parameters of remote environment contact force and render ing a virtual environment on the master side in a bilateral teleoperation system. First, Deep Learning Algorithm, Long Short Term Memory (LSTM) was used to estimate the parameters of the remote environment. After careful consideration, it was concluded that LSTM was not suitable for real-time implementation. Following the progress, the use of Recursive Least Squares (RLS) is demonstrated for estimating the parameters of remote environment contact force and rendering a virtual environment on the master side in a bilateral teleoperation system. Proper and fast estimation of the remote environment impedance plays a crucial role in the realization of local force controller for time delayed teleoperation systems. Three different variants of RLS estimator were implemented and compared against three different impedance models. The algorithms were initially tested in the sim ulation environment making use of a recorded real experiment data set. The force reconstruction performances are compared to evaluate the implemented models and estimators. Based on the simulation results, one of the estimators and one of the mod els are selected for experimental validation on a single degree of freedom motion control system. In a set of real experiments performed, the estimated force was rendered on the master side as a virtual environment, this way a local force feedback control loop was estab lished. The local force control loop was based on the predicted environment using the estimated parameters of RLS running in real time. Therefore, the master side was able to feel same force felt at the slave side without any time delay.en_US
dc.description.abstractÖZET: Teleoperasyon uygulamaları robotik alanında deniz altı, nükleer alanlar, uzay araştırmaları ve robotik cerrahi müdahaleler uygulamaları gibi tehlikeli ve önemli operasyonları başararak bir dönüm noktası olmuştur. Daha önce yapılmış olan uygulamaları efendi sistem aracılığıyla köle sisteme ne kadar uzak dahi olsa iletebilmesi gelişmiş robotik alanında birçok kapı açmıştır. Efendi ve köle sistemler arasındaki mesafe uzak oldukça iletişim hattında zaman gecikmeleri oluşmaktadır. Bu tezdeki motivasyon, uzaktaki ortamın temas kuvveti parametrelerini tahmin ederek ve köle sistemin temas ettiği ortamı sanal bir şekilde efendi sisteme çift yönlü kontrol ile iletmek ve efendi-köle sistemler arasında oluşan zaman gecikmesini azaltmaktır. Öncelikle, derin öğrenme algoritmaları ve Uzun Kısa Süreli Bellek (LSTM) algoritmaları uzaktaki ortamın parametrelerini tahmin etmek için kullanıldı. Dikkatli incelemeler sonucunda LSTM algoritmasının gerçek zamanlı kontrolcüler için kullanılamayacağına karar verildi. Yukarıda belirtilen işlemler sonucunda, Yinelenen En Küçük Kareler (RLS) algoritması uzaktaki ortamın temas kuvveti parametrelerini tahmin etmek ve çift yönlü kontrolcüde, uzaktaki ortamı efendi sistemde sanal olarak yaratmak için kullanıldı. Zaman gecikmeli tele operasyon sistemlerinde, uzaktaki ortamın empedansını düzgün ve hızlı bir şekilde tahmin etmek yerel kuvvet kontrolcüsünün gerçekleşmesi için çok önemli bir rol oynar. Üç farklı empedans modeli için üç farklı RLS yöntemi denendi ve gerekli karşılaştırmaları yapıldı. Algoritmalar öncelikle daha önceden gerçek zamanlı kontrolcü tarafından kaydedilmiş bilgileri kullanan simülasyonlar ile denendi. Kuvveti yeniden oluşturma performansları, uygulanmış modeller ve kestirim yöntemleri ile karşılaştırıldı. Simülasyon sonuçlarına göre, bir tane model ve bir tane kestirimci, bir serbestlik dereceli hareket kontrolü sistemi ile deneysel doğrulama için seçildi. Gerçekleştirilen gerçek zamanlı deneylerde, tahmin edilen kuvvet efendi sistemde sanal olarak yaratıldı ve böylece yerel kuvvet kontrolcüsü kuruldu. Yerel kuvvet kontrolcüsü, RLS algoritmasının gerçek zamanlı olarak tahmin ettiği parametrelere kestirimi yapılan ortam parametrelerini kullanarak çalışıyor. Böylece, efendi sistem tarafında, köle sistemin hissettiği kuvvetlerin tamamı zaman gecikmesi olmadan hissedilebiliyor.en_US
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/11411/4801
dc.identifier.urihttps://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi/TezGoster?key=CG8WvdvvxJP04Unr7YecfwlIACCIGn1Qwt2Z3jLSDKWUKNJkATxvPgiFzZeuZold
dc.identifier.yoktezid723144en_US
dc.language.isoenen_US
dc.nationalInternationalen_US
dc.programElectrical-Electronics Engineeringen_US
dc.publisherİstanbul Bilgi Üniversitesien_US
dc.relation.publicationcategoryTezen_US
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccessen
dc.sponsored.EUNoen_US
dc.sponsored.TUBITAKNoen_US
dc.subjectEnvironment Estimationen_US
dc.subjectLong Short Term Memoryen_US
dc.subjectRecursive Least Squaresen_US
dc.subjectBilateral Teleoperationen_US
dc.subjectVirtual Environmenten_US
dc.subjectOrtam Kestirimien_US
dc.subjectUzun Kısa Süreli Belleken_US
dc.subjectYinelenen En Küçük Kareleren_US
dc.subjectÇift Yönlü Teleoperasyonen_US
dc.subjectSanal Ortamen_US
dc.titleTime-delayed teleoperation with virtual environment reconstructionen_US
dc.title.alternativeYeniden oluşturulmuş sanal ortam ile zaman gecikmeli teleoperasyonen_US
dc.typeMaster Thesisen_US

Dosyalar

Orijinal paket
Listeleniyor 1 - 1 / 1
Küçük Resim
İsim:
Time-delayed teleoperation wıth virtual environment reconstruction.pdf
Boyut:
1.64 MB
Biçim:
Adobe Portable Document Format
Açıklama:
İndir
Lisans paketi
Listeleniyor 1 - 1 / 1
Küçük Resim Yok
İsim:
license.txt
Boyut:
1.71 KB
Biçim:
Item-specific license agreed upon to submission
Açıklama:
İndir

Koleksiyon

Graduate Programs Institute Thesis Collection