Search

This study provides an effective solution to the problem of deflection on yaw axes of air-vehicles capable of three-rotor Vertical Take-Off and Landing (VTOL). Most VTOL aircraft are produced with five rotors in national context. Four of these rotors are used for landing and taking off and are positioned to balance each other. The other rotor is positioned to fly with fixed wings. Therefore, no deviation in the yaw axis is experienced during descent-off. Three rotor VTOL configurations are available as an alternative to five rotor VTOL air-vehicles. This study is available through the three rotor VTOL prototypes that we have developed. The biggest drawback of three rotor VTOLs is the instability due to the position of the rotors during takeoff. This instability has been eliminated and three rotor VTOLs have been more advantageous than other configurations.

This study provides an effective solution to the problem of deflection on yaw axes of air-vehicles capable of three-rotor Vertical Take-Off and Landing (VTOL). Most VTOL aircraft are produced with five rotors in national context. Four of these rotors are used for landing and taking off and are positioned to balance each other. The other rotor is positioned to fly with fixed wings. Therefore, no deviation in the yaw axis is experienced during descent-off. Three rotor VTOL configurations are available as an alternative to five rotor VTOL air-vehicles. This study is available through the three rotor VTOL prototypes that we have developed. The biggest drawback of three rotor VTOLs is the instability due to the position of the rotors during takeoff. This instability has been eliminated and three rotor VTOLs have been more advantageous than other configurations., Bu çalışmada üç rotorlu Dikey İniş-Kalkış (VTOL) yapabilen hava araçlarının yaw (yalpa) eksenlerinde meydana gelen sapma sorununa etkili bir çözüm sunulmaktadır. Ulusal kapsamda çoğu VTOL hava aracı genellikle beş rotorlu üretilmektedir. Bu rotorların dördü iniş-kalkış için kullanılır ve birbirlerini dengeleyecek şekilde yerleştirilir. Diğer rotor ise sabit kanatlı uçacak şekilde konumlandırılır. Bu nedenle iniş-kalkış sırasında yaw ekseninde herhangi bir sapma yaşanmaz. Beş rotorlu VTOL hava araçlarına alternatif olarak üç rotorlu VTOL konfigürasyonları bulunmaktadır. Bu çalışma, geliştirmiş olduğumuz üç rotorlu VTOL prototipi üzerinden sunulmaktadır. Üç rotorlu VTOL’lerin en büyük dezavantajı kalkış esnasında rotorların konumlarından kaynaklı kararsızlıktır. Bu kararsızlık giderilip üç rotorlu VTOL’leri diğer konfigürasyonlara göre daha avantajlı hale getirilmiştir.

Günlük hayatta trafik kazaları oranlarına bakıldığında sürücü hatalarının oldukça fazla olduğu görülmektedir. Pazara yeni çıkan araç modelleri sürücüye şerit takibi başta olmak üzere akıllı sürüş ve sürüş asistanı gibi otonom veya yarı otonom sürüş destekleri sunan kontrol yöntemleri ile ortaya çıkmaktadır. Bu çalışmada otonom araçların trafikte iken sürücüye yardımcı olması için trafik işaretlerinin doğru olarak tanınması ve sürücüye uyarıda bulunması adına bir sistemin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Sistemin geliştirilmesi sürecinde şahsi araç üzerine montajlanmış bir kameradan alınan yol görüntü videolarıyla özgün bir veri seti oluşturulmuş ve bu verilerle trafikte yollarda bulunan işaretlerin ve trafik lambalarının tanınması sağlanmıştır. Yüksek tanıma doğruluğu için çeşitli yapay zeka algoritmaları birleştirilerek etkili bir sınıflandırma gerçekleştirilmiştir. Eğitim veri setinin oluşturulması için şahsi aracın ön camına yerleştirilmiş olan bir yol kamerası ile Konya ili Selçuklu ve Meram ilçelerinin yollarındaki trafik lambalarından ve trafik levhalarındaki işaretlerden video kamera verileri ede edilmiştir. Şahsi araçtan elde edilen veri seti kullanılarak bir yapay sinir ağı modeli eğitilmiştir. Deneysel olarak yapılan bu çalışmada %90 oranında doğruluk elde edilmiştir. Trafik işaret ve lambalarını tanıma sisteminden sonra otonom bir araç platformu için şerit tanıma ve viraj algılama sistemi geliştirilmiştir. Bu sistem sayesinde aracın direksiyon açısı hesaplanmış ve bir PID kontrolcüyle aracın direksiyonu otonom olarak kontrol edilmiştir., When we look at the rates of traffic accidents in daily life, it is seen that driver errors are quite high. Newly launched vehicle models come to the market with control methods such as lane tracking, autonomous or semi-autonomous driving support, especially intelligent driving and driving assistant. In this study, it is aimed to develop a system for the correct recognition of traffic signs and warning the driver in order to assist the driver while autonomous vehicles are in traffic. In this study; Recognition and classification of the signs and traffic lights on the roads were made by using the image processing methods of the road image videos taken from a camera mounted on a personal vehicle, and the appropriate classification technique was determined by using different artificial intelligence methods. In this context, a training data set was created to create an artificial neural network (ANN) model and to develop it for this structure. In order to create the training data set, video camera data were obtained from the traffic lights on the roads of Selçuklu and Meram districts in Konya and from the signs on the traffic signs with a road camera placed on the windshield of the personal vehicle. An ANN training was conducted using the data set obtained from the personal tool. In this experimental study, the accuracy rate of 90% was achieved. After the traffic signs and lights recognition system, a lane recognition and a road curve calculation system has been developed for an autonomous vehicle platform. Thus, the steering angle of the vehicle was calculated and it was controlled autonomously with a PID controller.

Kapasitif enkoder teknolojisi manyetik ve optik enkoder teknolojilerine kiyasla daha guncel ve gunumuzde halen gelistirilmekte olan bir acisal pozisyon algilayici teknolojisidir. Cesitli ozelliklerde ve farkli bilesenlere sahip kapasitif enkoderler bulunmaktadir. Yenilikci ve yuksek performansli kapasitif bir enkoderin gelistirilebilmesi icin mevcut kapasitif enkoderlerin ayrintili bir sekilde irdenlenmesi ve siniflandirilmasi gerektiginden bu calismada genel bir kapasitif enkoder mimarisi tanimlanarak kapasitif enkoderler icin detayli bir siniflandirma verilmistir. Sunulan mimari; sinyal isleme on devresi, algilayici mekanigi ve sinyal isleme son devresinden olusmaktadir. Sinyal isleme on devresi kapasitif enkoderin tetikleme sinyal devresini, sinyal isleme son devresi kapasitif enkoderin demodulasyon devresini icermektedir. Burada saglam bir algilayici mekanigin belirlenebilmesi icin kapasitif enkoderler detayli bir sekilde siniflandirilmistir. Siniflandirma islemi kapasitif enkoderlerin plaka sayilarina, plakalar uzerine yerlestirilen elektrot dizilislerine ve rotor plakalarin malzemelerine gore yapilmistir. Siniflandirma sonucunda saglam bir algilayici mekanigine karar verilmistir. Algilayici mekanigindeki bilesenler cesitli analizlerle belirlenip bilgisayar destekli tasarim programlariyla tasarlanmistir. Tasarlanan mekanik bilesenler uretildikten sonra sunulan algilayici mekanigi kurulmustur. Kurulan algilayici mekanigi icin de bir on tasarim sureci isletilmistir. Algilayici mekanigi kurulduktan sonra uygun fiyatli bir test duzeneginde test edilmistir. Bu calismayla, gelistirilmekte olan yenilikci ve yuksek performansli kapasitif enkodere saglam bir algilayici mekanigi kazandirilmistir.

Kapasitif enkoder teknolojisi manyetik ve optik enkoder teknolojilerine kıyasla daha güncel ve günümüzde halen geliştirilmekte olan bir açısal pozisyon algılayıcı teknolojisidir. Çeşitli özelliklerde ve farklı bileşenlere sahip kapasitif enkoderler bulunmaktadır. Yenilikçi ve yüksek performanslı kapasitif bir enkoderin geliştirilebilmesi için mevcut kapasitif enkoderlerin ayrıntılı bir şekilde irdenlenmesi ve sınıflandırılması gerektiğinden bu çalışmada genel bir kapasitif enkoder mimarisi tanımlanarak kapasitif enkoderler için detaylı bir sınıflandırma verilmiştir. Sunulan mimari; sinyal işleme ön devresi, algılayıcı mekaniği ve sinyal işleme son devresinden oluşmaktadır. Sinyal işleme ön devresi kapasitif enkoderin tetikleme sinyal devresini, sinyal işleme son devresi kapasitif enkoderin demodülasyon devresini içermektedir. Burada sağlam bir algılayıcı mekaniğin belirlenebilmesi için kapasitif enkoderler detaylı bir şekilde sınıflandırılmıştır. Sınıflandırma işlemi kapasitif enkoderlerin plaka sayılarına, plakalar üzerine yerleştirilen elektrot dizilişlerine ve rotor plakaların malzemelerine göre yapılmıştır. Sınıflandırma sonucunda sağlam bir algılayıcı mekaniğine karar verilmiştir. Algılayıcı mekaniğindeki bileşenler çeşitli analizlerle belirlenip bilgisayar destekli tasarım programlarıyla tasarlanmıştır. Tasarlanan mekanik bileşenler üretildikten sonra sunulan algılayıcı mekaniği kurulmuştur. Kurulan algılayıcı mekaniği için de bir ön tasarım süreci işletilmiştir. Algılayıcı mekaniği kurulduktan sonra uygun fiyatlı bir test düzeneğinde test edilmiştir. Bu çalışmayla, geliştirilmekte olan yenilikçi ve yüksek performanslı kapasitif enkodere sağlam bir algılayıcı mekaniği kazandırılmıştır., Capacitive encoder technology is an angular position sensing technology that is more current and still being developed today compared to magnetic and optical encoder technologies. Capacitive encoder technologies with various properties and different components are available. Existing capacitive encoders in the literature need to be classified extensively to develop an innovative and high performance capacitive encoder. In this study, a general capacitive encoder architecture was defined and capacitive encoders were classified in detail. The presented capacitive encoder architecture consists of the signal processing front-end circuit and sensor mechanics of the capacitive encoder. The signal processing front circuit contains the excitation signal circuit of the capacitive encoder and the signal processing end circuit includes the demodulation circuit of the capacitive encoder. In this study, capacitive encoders were classified in detail in order to achieve a robust sensor mechanics. The classification process was carried out according to the number of plates of capacitive encoders, the electrode arrays placed on the plates and the materials of the rotor plates. A robust sensor mechanics was decided by the classification process. After reaching the sensor mechanical components through various analyzes, these components were designed using computer-aided design programs. After the designed mechanical components were produced, a robust sensor mechanics was established. A preliminary design process was also used for the proposed robust sensor mechanics. The designed sensor mechanics was tested in a low-priced test setup after the realization. As a result of this study, a robust sensor mechanics has been provided to the innovative and high performance capacitive encoder under development.

Arktanjant fonksiyonu güç sistemlerinde, AC devrelerdeki analizlerde, enkoderlerde açı ve hız hesabında sistemlerin izlenmesi ve kontrolü için vazgeçilmez bir parçadır. Bu tür kontrol uygulamaları çoğunlukla mikrodenetleyicilerde yapılmaktadır fakat mikrodenetleyicilerin işlem kapasiteleri kısıtlıdır. Arktanjant fonksiyonu bir mikrodenetleyici içerisinde seri açılımı yöntemi ile hesaplanmaya çalışılırsa hem çok fazla işlem gücü gerekir hem de uzun zaman harcar. Ayrıca seri açılımı yönteminde hassasiyetin artması için daha fazla terim gerekir ve bu işlem yoğunluğunu daha da arttırır. Fakat arama tabloları ve CORDIC algoritması kullanılarak bu işlemler hem daha hızlı hem de bit düzeyinde kaydırma, toplama ve çıkarma gibi basit işlemlerle yapılabilmektedir. Bu gibi bit düzeyindeki işlemler ortalama bir mikrodenetleyicinin rahatça yapabileceği işlerdir. Bu çalışmada kapasitif rotary enkoderlerde rotor açısı ve hız hesabı için CORDIC algoritması kullanılmış ve bu işlemler ARM çekirdeğini kullanan bir mikrodenetleyicide gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar hazır matematik kütüphanelerindeki arktanjant fonksiyonu ile kıyaslandığında CORDIC algoritmasının 0.0036” hassasiyet ile aynı işlemleri atan2 fonksiyonundan yaklaşık 9 kat ve atan2f fonksiyonundan 2 kat daha hızlı yaptığı gözlemlenmiştir., Arctangent function is an indispensable part for monitoring and control of systems in power systems, analysis of AC circuits, angle and speed calculation in encoders. Such control applications are mostly done in microcontrollers, but the processing capacity of microcontrollers are limited. If the arctangent function is tried to be calculated by serial expansion method in a microcontroller, it requires both a lot of CPU power and a long time. In addition, more terms are required to increase the accuracy in the series expansion method, and this further increases the density of the process. However, using the look up tables and the CORDIC algorithm, these operations can be done both faster and with simple operations such as bit shift, addition and subtraction. These operations are quite doable even for an average microcontroller. In this study, CORDIC algorithm was used for the rotor angle and speed calculation in capacitive rotary encoders and these operations were performed in a micro controller that uses ARM core. When the results are compared with the arctangent function in the math.h library, it has been observed that the CORDIC algorithm performs the same operations approximately 9 times faster than atan2 function and 2 times faster than atan2f fuction with a precision of 0.0036”.

The moving plates of the capacitive encoders are called rotors and the fixed plates are called stators. In this study, the effects of the rotor plates on capacitive measurement for capacitive encoders are analyzed. Encoders are used in angular position measurement. They can be preferred especially in most applications where rotational motion occurs in the robotic application areas. The application areas of the encoders can be further extended with the capacitive encoder technology. The capacitive encoder technology is based on measuring the capacitances between the encoder plates. As the capacitances vary depending on the overlapping areas of the encoder plates, the shapes and the patterns of the encoder plates directly affect the capacitive measurement. Therefore, the capacitive encoder plate selections must be made correctly. There are very few studies on the selection of the capacitive encoder plates. It is seen that the current studies generally continue on a similar type rotor patterns. Various rotor plates are proposed in this study for the capacitive encoder that we are in the development process. After the rotor patterns are expressed mathematically and the capacitive encoders using rotors with these patterns are compared. The comparison process was made by calculating the equivalent capacitance between the proposed capacitive encoder plates. The effects of rotors with different materials and patterns on the capacitive measurement were investigated. Thus, a contribution was made to the effective development of similar capacitive sensors.

Doktora Tezi, Enkoderler pozisyon bilgisine ulaşılması gereken uygulamalarda akla ilk gelen kritik geri besleme elemanlarıdır. Kapasitif algılayıcı teknolojisiyle çeşitli alanlara kolayca uyarlanabilen enkoderler geliştirilebilir. Böylece uygulamaya özel algılayıcı ihtiyacı azaltılabilir. Bu çalışmada minimalist tasarım, yüksek kazanç, esnek kullanım ve uygulanabilirlik kaygısıyla yenilikçi ve yüksek performanslı bir kapasitif enkoder geliştirilmiştir. Kapasitif enkoder çalışmalarının çoğunda geliştirme sürecinin baştan sona işletilmediği ve aktarılmadığı görülmüştür. Yine bu çalışmalarda yüksek maliyetli düzenekler ve elektronik devre elemanları kullanılarak geliştirilen uygulanabilirlikten uzak kapasitif enkoderlere rastlanmıştır. Burada ise kapasitif enkoder geliştirme süreci, algılayıcı mekaniğinden elektroniğine genel bir mimari içinde değerlendirilerek ayrıntılarıyla sunulmuştur. Kapasitif enkoderin minimalist tasarımı korunarak algılayıcı mekaniğinde yapılan yenilikle yüksek kazanç sağlanmıştır. Algılayıcı elektroniği olabildiğince dijitalleştirilerek kapasitif enkodere esneklik kazandırılmış ve enkoderin performansı artırılmıştır. Uygun fiyatlı düzeneklerle az sayıda analog devre elemanı kullanılarak maliyet düşürülmüş, sinyal-gürültü oranı artırılmış ve minimalist tasarım desteklenmiştir. Geliştirilen kapasitif enkoder, endüstriyel bir motorda test edilerek uygulanabilirlik sağlanmıştır. Sunulan kapasitif enkoder geliştirme sürecinde ayrıntılı tasarım, başarılı modelleme, kombine üretim ve test aşamalarından geçilerek ticari ürüne yakın bir prototip ortaya konmuştur. Modelleme aşamasında mevcut çalışmalardaki yaygın kullanımın aksine elektrotlar arası boşluk parametresinde ilgi çekici sonuçlara rastlanmıştır. Bu parametrenin enkoder kazancını optimum yapan sıfırdan farklı bir değerinin olduğu, yapılan araştırmalara göre ilk defa bu çalışmayla gösterilmiştir. Kapasitif enkoder, sıfırdan kurulan uygun fiyatlı ve hassas test düzeneğinde çeşitli testlerden geçirilerek $\%$0.26 doğrusallık hatası ve 0.02$^\circ$ çözünürlük değerlerine ulaşılmıştır. Doğrusallık hatası, önerilen hata indirgeme yöntemiyle $\%$0.12'ye düşürülmüştür. Bu çalışmayla ulusal en performanslı kapasitif enkoderin geliştirilmesinin yanında benzer tip algılayıcıların geliştirilebilmesi için de rehber niteliğinde bir çalışma gerçekleştirilmiştir., Encoders are critical feedback elements in applications where position information is required. Capacitive encoders can easily be adopted to various applications where other encoder types are currently in use. In this way, the use of application-specific sensors can be reduced. In this paper, an innovative and high performance capacitive encoder has been developed with the motivation of miniaturized design, high gain, flexibility and applicability. The flexibility and performance of the capacitive encoder have been increased by digitizing the sensor electronics as much as possible. It is seen that a generic design method for the capacitive encoders is lacking in most of the studies in the literature. In this study, a generic design method is constructed to fill this gap. In the development process presented here, the capacitive encoder was evaluated within a general architecture from sensor mechanics to electronics. By protecting the miniaturized design of the capacitive encoder, high gain has been achieved with the innovation in sensor mechanics. By using affordable mechanical setups and a minimum number of analog circuit elements, the cost was reduced, the signal-to-noise ratio was increased, and miniaturized design was supported. The capacitive encoder developed in this study has been applied to an industrial motor to ensure applicability. During the presented capacitive encoder development process, detailed design, successful modeling, combined production and testing phases were passed and a prototype close to a commercial product was achieved. In the modeling phase, non-intuitive results were obtained about the inter-electrode gap parameter contrary to the common belief based on recent research. According to the literature research, this study has shown for the first time that the inter-electrode gap parameter has a non-zero value that maximizes the gain. The capacitive encoder was tested in a low cost and precise test setup built from scratch and reached 0.26$\%$ non-linearity error and 0.02$^\circ$ resolution values. The non-linearity error has been reduced to 0.12$\%$ with the proposed error minimization algorithm. With this study, besides the development of the national highest performance capacitive encoder, a guide was carried out for the development of similar type sensors.

In this study, a novel algorithm is developed to recognize human actions and reproduce human actions on a humanoid robot. The study consists of two parts. In the first part, the real time human imitation system is realized. The three dimensional skeleton joint positions obtained from Xbox 360 Kinect. These positions are transformed to joint angles of robot arms via a transformation algorithm and these angles are transferred to NAO robot. The human upper body movements are finally successfully imitated by NAO robot in real time. In the second part, the algorithm is generated for the recognition of human actions. Extreme Learning Machines (ELMs) and the Feed Forward Neural Networks (FNNs) with back propagation algorithm are used to classify actions. According to the comparative results, ELMs produce a better recognition performance.

Bu tezde, insan hareketlerinin tanınması ve insansı bir robot üzerinde gerçekleştirilmesi için yeni bir algoritma geliştirilmiştir. Sunulan algoritma, gerçek zamanda üst vücut hareketlerine ilişkin insan hareketlerinin tanınması ve taklit edilmesiyle ilgilidir. Çalışma iki kısımdan oluşmaktadır. Birinci kısımda, eş zamanlı bir taklit sistemi gerçekleştirilmiştir. Xbox 360 Kinect algılayıcıdan elde edilen 3 boyutlu (3B) insan iskelet eklem pozisyonları, bir dönüşüm algoritması sayesinde robot eklem açılarına dönüştürülmekte ve sonrasında bu açısal veriler, NAO insansı robota aktarılmaktadır. Bu kısmın sonunda, üst vücut insan hareketleri, NAO robot tarafından eş zamanlı olarak başarılı bir şekilde taklit edilmiştir.Çalışmanın ikinci kısmında, insan üst vücut hareketleri için hareket tanıma algoritması uygulanmıştır. Kullanıcılardan eklem açılarını elde etmek için çalışmanın birinci kısmındaki dönüşüm algoritması kullanılmıştır. Böylece hareket veri seti oluşturulmuştur. Her hareket, farklı vücut yapısına sahip 9 kullanıcı tarafından 10 kez yapılmıştır. Kullanıcılardan toplanan eklem açıları hareketlere göre 6 sınıfa bölünmüştür. Eklem açılarıyla tanımlı insan hareketlerini sınıflandırmak için Aşırı Öğrenme Makinaları (AÖM) kullanılmıştır. Ayrıca, karşılaştırmak amacıyla ileri beslemeli bir Yapay Sinir Ağı (YSA) üzerinden Geriye Yayılım Algoritması (GYA) kullanılmıştır. Karşılaştırmalı sonuçlar, AÖM'nin, daha iyi bir hareket tanıma performansı ürettiğini göstermiştir. Anahtar Kelimeler: Xbox 360 Kinect, NAO insansı robot, İnsan hareketlerinin tanınması. In this thesis, a novel algorithm is improved to recognize human actions and reproduction them on a humanoid robot. The proposed algorithm concerns to the human action recognition and imitation relating to upper body in real time. The study consists of two parts. In the first part, the real time imitation system is realized. The 3D human skeleton joint positions obtained from Xbox 360 Kinect are transformed to robot joint angle data via a transformation algorithm and then these angular data are transferred to NAO humanoid robot. At the end of this part, the upper body human actions are successfully imitated by NAO humanoid robot in real – time.In the second part of the study, the human action recognition algorithm is implemented for human upper body gestures. The transformation algorithm in the first part of study is used for obtained joint angles from users. So a human action data – set is created. Each action is performed 10 times by nine users with different body builds. The collected joint angles from users are divided into six classes according to the actions. Extreme Learning Machines (ELMs) are used to classify human actions defined by joint angles. Additionally, the Feed-Forward Neural Networks (FNNs) with back propagation algorithm is used for the comparison aim. According to the comparative results, ELMs produce a good human action recognition performance. Keywords: Xbox 360 Kinect, NAO humanoid robot, Human action recognition. 82