Search

Bu makalede, kişiselleştirilmiş robotlardan oluşan robot ürün ailelerinin kavramsal tasarımı için geliştirilen ve mekatronik davranış modüllerine dayanan sistematik bir yaklaşım anlatılmıştır. Çalışma kapsamında mekatronik sistemlerin algılama, muhakeme ve motorik hareket davranışlarını içeren temel davranış modülleri 3 boyutlu bir Tasarım Yapı Matrisi (TYM) ile modellenmiştir. Mekatronik davranış modülleri farklı robot görevlerinin tanımlanmasında kullanılmaktadır. Makalede bu çerçeveye dayanan modüler mekatronik tasarım metodolojisinin kavramsal yapısı sunulmuş ve laboratuvarda yapılan bir örnek uygulama anlatılmıştır.

Bu makalede sunulan çalışmada, mekatronik ürünlerin ve robotların davranışlarının kavramsal tasarım aşamasında modellenmesi, bilgisayarda benzetimi ve fiziksel olarak gerçeklenmesinden oluşan sistematik bir yöntemin geliştirilmesi, böylece bilgisayar destekli kavramsal robot tasarımına katkı sağlanması amaçlanmıştır. ‘Davranış Tabanlı Kavramsal Tasarım (DTKT)’ olarak adlandırılan bu yöntemde, tasarlanacak robotun istenen davranışı öncelikle fiziksel elemanlardan bağımsız olarak Petri ağları ile modellenmekte ve bilgisayarda benzetimi yapılmaktadır. Daha sonra robot davranışı, “masa üzeri tasarım modeli” adı verilen dağıtık bir fiziksel yapıda da benzetilmektedir. Böylece tasarımın erken aşamasında istenen davranışın gerçeklenmesi mümkün olmaktadır. Geliştirilen yöntem laboratuvarda beş adet robot modelinin davranış tabanlı kavramsal tasarımına uygulanmış olup, makalede bu uygulamalardan biri olan malzeme taşıma robotu örneği sunulmuştur.

Mühendislik Tasarımı -Sistematik Yaklaşım Kitabı

Bumakalede kavramsal ürün tasarımında ortaya çıkan belirsizliklerin sezgiselbulanık önermeler kullanılarak modellenmesi anlatılmaktadır. Bu yaklaşımkavramsal tasarım seçeneklerinin mantıksal modellemesi için geliştirilmiş olanPetri Ağı tabanlı tasarım ağındaki (PNDN-Petri Net Based Design Network) bilgiakışı modeline entegre edilerek bir Sezgisel Bulanık Petri Ağı(IFPN-Intuitionistic Fuzzy Petri Net) yapısı elde edilmiştir. IFPN modeli,bilgi akışındaki belirsizliklerin kavramsal tasarım seçenekler,' üzerindekietkilerinin değerlendirilerek karşılaştırma yapılabilmesini ve böylecebelirsizlik altında tasarım sürecinin devamını sağlamaktadır. IFPN modelindeayrıca çelişkili bilginin denetimine yönelik olarak Sezgisel Bulanık Kümeteorisinde yer alan ve hatalı sezgisel bulanık tahminlerin (intuitionisticfuzzy estimations) doğru sezgisel bulanık biçime (correct intuitionistic fuzzyform) dönüştürülmesi yöntemine dayanan bir yaklaşım geliştirilmiştir. IFPNmodelinin uygulaması bir kavramsal tasarım örneği üzerinde anlatılmıştır.

Bu çalışmada,mühendislik tasarımındaki kavramsal tasarım aşamasının otomasyonu için PetriNet ve Melez Otomat (Hybrid Automata) sentezine dayanan PNDN adlı bir tasarımağı modeli PNDN, tasarımı yapılacak ürünün mantıksal davranışını ürünün altişlevleri arasındaki kesin ve belirsizlik içeren bilgi akışı ile iki tarzdamodellemektedir. Bilgi akışındaki belirsizliklerin modellenmesinde SezgiselBulanık Önermeler yaklaşımı kullanılmıştır. Genel amaçlı ve işlevsel düzeydegeliştirilen model, tümleşik bir tasarım felsefesi olan mekatronik tasarımdauygulanmıştır. Bu makalede tasarım ağının yapısı ve kesin bilgi akışı modelianlatılmaktadır.&nbsp

öz TASARIM OTOMASYONU İÇİN GELİŞTİRİLEN İŞLEVSEL DÜZEYDE, PETRI NET TABANLI BİR TASARİM AĞI VE MEKATRONİK SİSTEMLERE UYGULANMASI Erden (Unsal), Zühal Doktora, Makina Mühendisliği Bölümü Tez Yöneticisi: Prof. Dr. Abdülkadir Erden Ortak Tez Yöneticisi: Doç. Dr. Aydan M. Erkmen Haziran 1999, 295 sayfa Bu tez çalışmasında, mühendislik tasarım sürecindeki kavramsal tasarım aşamasının otomasyonuna katkıda bulunmak amacıyla geliştirilen Petri Net tabanlı bir tasarım-çıkarım ağı mimarisi sunulmaktadır. PNDN olarak adlandırılan bu tasarım ağı, fonksiyonel düzeyde bilgi akışının modellenmesini sağlamakta ve tümleşik tasarıma destek olmaktadır. PNDN'nin oluşturulması için kullanılan teorik yapı Petri Net teorisi ve melez otomatlara dayanmaktadır. Bu yapı, tasarlanacak ürünün işlevsel gösterimini kullanarak, melez otomat modeli aracılığıyla ürüne ait PNDN tasarım ağının otomatik olarak kurulmasını sağlamaktadır. PNDN'nin oluşturulması için gerekli teorik yapının geliştirilmesinin ardından, tasarlanacak sistemdeki bilgi akışını soyut düzeydePNDN'deki `token` akışı olarak modelleyen bir matematiksel yaklaşım oluşturulmuştur. `Token` akışı gerek `deterministic` PNDN, gerekse bilgi ya da bilgi akışında eksiklik, belirsizlik veya çelişki bulunabilen `nondeterministic` PNDN için geliştirilmiştir. Söz konusu belirsizlikler, PNDN'de Sezgisel Bulanık Önermeler yaklaşımı kullanılarak çözülmüştür. Belirsizlik altındaki PNDN'de bilgi akışı, tasarım ağı içinde hareket eden her `token`a atanan kararsızlık aralığı ve `token` akışı sırasında bu aralıkta oluşan değişiklikleri ifade eden bir yapı ile modellenmiştir. Sunulan tez çalışması kapsamında geliştirilen PNDN yapısı, çeşitli mühendislik disiplinlerinin kavramsal tasarım aşamasından başlayarak tümleştirilmesi felsefesine dayanan mekatronik tasarıma uygulanmıştır. Tezde sunulan bu alandaki uygulama, bir mekatronik dantel kesme sisteminin kavramsal tasarımını içermektedir. Bu tasarımda üç farklı tasarım alternatifi PNDN tasarım ağı kullanılarak ifade edilmiş ve sistemdeki üst düzey bilgi akışı, PNDN yapısı içindeki token akışı olarak deterministic ve nondeterministic durumlar için modellenmiştir. Tasarım alternatiflerinin PNDN yapıları karşılaştırılmış ve bu tasarım ağının değerlendirme özellikleri kullanılarak tasarım alternatifleri içinden seçim yapılmıştır. Anahtar Sözcükler: Tasarım Otomasyonu, Petri Net, Tasarım Ağı, Mekatronik Tasarım, Tasarımda Belirsizlik, Bilgi Akışı, Melez Otomatlar, Sezgisel Bulanık Petri Net (IFPN). vı ABSTRACT A PETRI NET-BASED INFERENCE NETWORK FOR DESIGN AUTOMATION AT FUNCTIONAL LEVEL APPLIED TO MECHATRONIC SYSTEMS Erden (Unsal), Zühal Ph. D., Department of Mechanical Engineering Supervisor: Prof. Dr. Abdülkadir Erden Co-Supervisor: Assoc. Prof. Dr. Aydan M. Erkmen June 1999, 295 pages This thesis presents a Petri Net based design inference network architecture, called PNDN that models information flow on a functional basis and supports domain integration, to facilitate design automation at the conceptual phase of an engineering design procedure. The theoretical framework in developing the PNDN is based on the theory of Petri Nets and Hybrid Automata. This framework automatically creates a transition map starting from the design artifact representation as a Hybrid Automaton and leading to a Petri Net based network architecture. The theoretical framework in structuring the PNDN necessitates the mathematical formalism of the information flow within the network, as a token flow through the PNDN. The token flow model is developed bothfor a deterministic PNDN and for a nondeterministic PNDN, which involves uncertainties. Such uncertainties in the PNDN are handled using the Intuitionistic Fuzzy Propositions. Information flow in a nondeterministic PNDN is modeled through a formalism, which is based on attaching an indecisiveness interval to tokens flowing through the network and on processing the width of this indecisiveness interval throughout token flow over the network. The PNDN architecture is applied to the conceptual design of mechatronic systems, since it is a decentralized design network. An example application of the PNDN presented in this thesis, is the conceptual design of a Mechatronic Lace Cutting System (MLCS). Three conceptual design alternatives and the corresponding PNDNs are given. Evaluation measures are introduced and an example of selecting the best design among several alternatives is provided in the balance of this thesis. Keywords: Design Automation, Petri Net, Design Network, Mechatronic Design, Uncertainty in Design, Information Flow, Hybrid Automata, Intuitionistic Fuzzy Petri Nets (IFPN). IV 295

Bu tez çalışmasının amacı Atılım Üniversitesi Mekatronik Mühendisliği laboratuvarlarında `Rehber-Bekçi Robot` olarak görev yapacak olan akıllı bir hareketli robotun tasarlanması, üretilmesi ve laboratuvar ortamında dolaşmasının sağlanmasıdır. Bu amacı gerçekleştirmek üzere tümleşik bir sistem tasarlanmıştır. Robotun laboratuvarlarda dolaşması için geliştirilen kontrol mimarisi konumlandırma, engelden kaçınma, yol planlaması ve verilen bir başlangıç pozisyonundan rastgele belirlenen bir başka pozisyona gidişin yönetilmesini sağlamaktadır. Bu çalışmada, robota yüklenmiş bir haritaya dayalı olmayan davranış-temelli bir navigasyon algoritması kullanılmıştır. Buna göre robot, içinde bulunduğu laboratuvar ortamının çeşitli özelliklerini, üzerindeki sensörler yardımıyla algılayarak kendi konumunu belirlemekte ve böylece laboratuvar ortamında dolaşmaktadır. Bu çalışma kapsamında robotun tasarımı, imalatı, sistem entegrasyonu gerçekleştirilmiş ve laboratuvar ortamında dolaşması test edilmiştir. The goal of this thesis is designing, constructing and manufacturing an autonomous, intelligent, mobile guide - guard robot and enable it to safe navigate through the indoor environments such as the laboratories of the department of Mechatronics Engineering in Atilim University. Based on the main concern of the thesis, an integrated system was designed and implemented.To accomplish the navigation task, our presented control architecture composes of localization, obstacle avoidance, path planning and robot control for steering the robot from any initial pose to arbitrary asigned pose. Our navigation architecture is a behavior-based and a mapless navigation, which the robot's locations are determined by observing and extracting useful features in the environment based on the onboard sensors. 171

Bu tez modüler mekatronik ürün tasarımı üzerine yapılmış bir araştırmadır. Araştırmanın temel amacı, modüler ürün tasarım metotlarından biri olan sezgisel modüler ürün tasarım metodunun bir mekatronik ürün ailesi tasarımına uygulanmasıdır. Sezgisel metot mekanik ürünler için geliştirilmiş ve bu ürünlere uygulanmış bir yöntemdir. Bu tezde sunulan araştırmanın literatüre katkısı, şimdiye kadar mekanik ürünler için kullanılan bir yöntemin bir mekatronik ürün ailesi tasarımına uygulanmasıdır. Bu çalışmada modüler mekatronik ürün (ürün ailesi) olarak, Atılım Üniversitesi Mekatronik Mühendisliği Bölümü ikinci sınıfında verilmekte olan mekatronik tasarım dersinde kullanılacak bir mekatronik eğitim düzeneği seçilmiştir. Sunulan tez çalışması, seçilen mekatronik ürünün sezgisel yöntem kullanılarak kavramsal modüler tasarımının yapılmasını, ayrıca ürünün fiziksel tasarımını ve üretimini kapsamaktadır. This thesis is a study on modular mechatronic product design. The main purpose of this study is to implement heuristic approach to the modular design of a mechatronic product family. The heuristic method has been developed and applied for the design of mechanical product families. Thus, main contribution of this thesis is the application of the method in the mechatronic design field. In this study, the selected product family is an educational mechatronic set-up which will be used for the sophomore mechatronics design course in the Mechatronics Engineering Department of Atılım University. This research includes implementation of the heuristic design methodology and conceptual design for the mechatronics educational set-up, as well as its physical design and manufacturing. 107

Bu tezin ana amacı biyorobot tasarımlarına yönelik olarak Biyoesinlenmiş Kavramsal Tasarım (BİKT) metodolojisi geliştirmektir. Tez kapsamında, varolan Biyobenzetim Tasarım (BİT) yaklaşımlara ve sistematik mühendislik tasarım adımlarına dayanarak yeni bir BİKT prosedürü geliştirilmiştir. Geliştirilen prosedür, köpek biyorobotu (BioDog) üzerinde yürüme ve tırısa gitme, hamamböceği biyorobotu (BioCoc) üzerinde tırmanma, sıçrama (çekirge) biyorobotu üzerinde zıplama ve melez (köpek- ıstakoz) biyorobotu üzerinde yürüme hareketleri için uygulanmıştır. Örnek çalışmalardan elde edilen geri bildirimler kullanılarak bir BİKT süreci oluşturulmuştur. Hedeflenen BİKT metodolojisini oluşturmak için geliştirilen BİKT süreci, Klasik Ayrık Olay Sistem Spesifikasyonu (AOSS) modeli ile modellenmiştir.Önerilen BİKT metodolojisi, açık ve tam olarak tanımlanmış altı adım ile müşteri ihtiyaçlarını biyorobotun kavramsal tasarımına dönüştürmektedir. Varolan BİT'lerin eksik olan taraflarının giderilmesi amacı ile biyolojik sistem analizi ve biyobenzetim dönüşüm tasarım adımları bu tez çalışması kapsamında detaylı olarak incelenmiştir.Tez çalışmaları sırasında BİKT metodolojisinin tüm adımları tam olarak her ne kadar dört örnek çalışma üzerinde uygulanmış olsa da, on dört farklı biyolojik sistem ve yirmi dört hareket tipi içerik analizi yöntemi ve/veya gözlem yöntemi kullanılarak incelenmiştir. İçerik analizi için literatür taraması yapılmış, biyolojik sistemlerin gözlemlenmesi için ise bir deney düzeneği kurulmuştur. Deneyler sırasında biyolojik sistemlerin morfoloji, işlev ve davranışları hakkında gerekli bilgiyi edinmek için hızlı kamera kullanılmıştır. Biyobenzetim dönüşüm adımında, biyolojik sistem hakkındaki bu bilgi sistematik olarak biyorobotun kavramsal tasarımı için gerekli olan biyorobot hakkındaki bilgiye dönüştürülmektedir. The main aim of this thesis is to develop a Bioinspired Conceptual Design (BICD) methodology for design of biorobots. Within the context of the dissertation, a novel BICD procedure has been developed based on existing BID approaches and systematic engineering design steps. This procedure is applied on several case studies, namely a dog biorobot (BioDog) for walking and trotting, a cockroach biorobot (BioCoc) for climbing, a jumping (grasshopper) biorobot for jumping and a hybrid (dog and lobster) biorobot for walking. A BICD process has been developed using the implementation results. Classic DEVS (Discrete Event System Specification) coupled model is used to formally represent the BICD process in order to develop a BICD methodology.The proposed BICD methodology transforms customer needs into a concept design of biorobot with clear and well-defined six design steps. In order to overcome the drawbacks of existing BIDs, the biological system analysis and the bioinspired transformation design steps have been considered in detail.In this thesis, although four case studies have been implemented to demonstrate the BICD methodology, fourteen biological systems and twenty four locomotion types are investigated by using content analysis and/or observation methods. The literature survey has been used for the content analysis method, while an experimental set-up is used to analyze the biological systems for the observation method. Required knowledge on morphology, function and behavior of biological systems are obtained using a high speed camera. During the bioinspired transformation step, the knowledge about the biological system has been transformed systematically into knowledge about the biorobots and this knowledge is used to develop the concept design of biorobots. 180

Bu tez mekatronik sistemlerin kavramsal tasarımı üzerine yapılmış bir araştırmadır. Araştırmanın temel amacı, mekatronik sistemlerin davranış tabanlı kavramsal tasarımı için, özellikle eğitim amaçlı robotlarda uygulamaya yönelik sistematik bir yaklaşım geliştirmektir. Bu araştırmada eğitim robotlarının davranış modellemesi için Ayrık Olay Sistem Spesifikasyonu (AOSS) ve Petri Ağları kullanılmıştır. Örnek olayların bilgisayar simülasyonları ArtifexTM yazılımı ile gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada ayrıca robot davranışlarının fiziksel simülasyonu için eğitim amaçlı bir düzenek olarak, deneysel bir masaüstü tasarım platformu da tasarlanıp üretilmiştir. This thesis is a research on the conceptual design of mechatronic systems. The main objective of the research is to develop a systematic approach for behavior-based conceptual design of mechatronic systems, with special implementation on educational robots. In this research, Discrete Event System Specification (DEVS) formalism and Petri Nets are used for behavioral modeling of educational robots. Computer simulations of case studies are performed via ArtifexTM Software Environment. An experimental desktop design platform is also designed and constructed for physical simulation of robot behaviors as an educational setup. 171