Nanoparticle shape effects on squeezed MHD flow of water based Cu, Al2O3 and SWCNTs over a porous sensor surface

Impact of nanoparticle shape on the squeezed MHD flow of water based metallic nanoparticles over a porous sensor surface in the presence of heat source has been investigated. In distinctly most paramount studies, three distinctive forms of nanoparticle shapes are employed into account, i.e. sphere ðm ¼ 3:0Þ, cylinder ðm ¼ 6:3698Þ and laminar ðm ¼ 16:1576Þ. The controlling partial differential equations (PDEs) are regenerated into ordinary differential equations (ODEs) by manipulating consistent conformity conversion and it is determined numerically by handling Runge Kutta Fehlberg method with shooting technique. It is noticed that the solid volume fraction and nanoparticle shape have powerful outputs in squeezing flow phenomena, the sphere shape nanoparticle in Cu – water and cylindrical shape in SWCNTs-water in the presence of magnetic field along with thermal radiation energy has better improvement on heat transfer as compared with the other nanoparticle shapes in different flow regimes

Inverse Dynamics Control Of A Humanoid Robot Arm

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2017Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2017Günümüzde insansı robot teknolojisi dünyada yaygın olarak çalışılmaktadır. Bu insansı robotlar tekerlekli robotların ulaşamayacağı yerlere ulaşabilmekte ve iki kolları ile karmaşık görevleri yerine getirebilmektedir. Bu özellikleri, onları arama kurtarma ve insanlarla birlikte çalışma gibi senaryolarda vazgeçilmez kılar. İnsansı robotlar ile ilgili kapsamlı deneysel çalışmalar yapılmaktadır. Çevre ile etkileşime girmek, insanlarla iş birliği ve insansı hareketler yapmak, bu çalışmaların ana hedeflerindendir. Uzuv kontrolü, robota hızlı harekete imkan sağlamak için dinamik model tabanlı bir kontrol gerektirmektedir. Kol, engeller içeren bir çevrede çalışacağı için görev uzayında ters dinamik kontrol, bu senaryo için uygun görülmüştür. Ters dinamik kontrolünde, kontrol sinyali olarak robotun karar verilmiş ivmesi kullanılır. Bu ivme, ters dinamik modeline beslenerek eklemler için gereken kuvvetler bulunur. Görev uzayında yörünge takibinde hatalar, yine kartezyen koordinat sisteminde tanımlanır. Bu sayede eyleyicideki toplam hata, eklem uzayındaki kontrole göre daha düşük olur. Ayrıca bu yöntemde uç eyleyicinin yörünge boyunca hareketi tahmin edilebilmektedir, böylece engeller içeren çevrede hareket planlaması kolaylaşır. Görev uzayında yapılan bu kontrolde ters kinematik hesaplanması için sözde ters jakobiyen kullanılmıştır. İnsansı robotlar bir çok eyleyici ve sensörden oluşur. Robotu kontrol etmek için aynı anda sensor bilgilerini değerlendirmek, hareketi planlamak ve eyleyicileri denetlemek gerekmektedir. Bu yüzden bu robotların yazılımlarında çoklu işlemler ve zamanlayıcılar kullanılır. ROS (Robot İşletim Sistemi), bahsedilen uygulamalarda kullanılabilecek kütüphane ve araçları barındıran bir açık kaynaklı işletim sistemidir. Simulasyon ve donanım arayüzünün yanında gelişmiş algoritmalar sunar. ROS üzerinde koşan bir yazılım, nod adı verilen bir çok işlemden oluşur. Her bir nod, belirli frekanslarda farklı görevleri yerine getirir ve diğer nodlarla iletişime geçer. Bu yapı programlamayı kolaylaştırır ve açık kaynak kütüphaneleri nod olarak eklenmesini sağlayarak sisteme hızlı kuruylan modüler bir yapı kazandırır. ROS, şimdiden bir çok endüstriyel ve enstitü robotunu desteklemekte ve artık robotikte bir standart olarak görülmektedir. Yazılımında C++ ve Python kullanılabilmekte ve bu iki dilde yazılan kod parçaları, aynı anda birbiriyle haberleşerek koşabilmektedir. Gazebo, dört pervaneli helikopter, manipülatör, sürü robotiği ve tam-vücut insansı robotlar gibi bir çok robotu, çeşitli sensörler ve çevresel etkileşimle birlikte simüle edebilen bir açık kaynaklı dinamik simülasyon ortamıdır. Gazebo, ROS da dahil olmak üzere çeşitli platformlarla arayüze sahiptir. İçinde çok sayıda eklenebilir obje barındırır ve SDF formatında hazırlanan bütün objeler eklenebilir. Gerekli eklenti programları kullanılarak, ROS’un desteklediği URDF formatını SDF’ye çevirerek çalıştırabilir. Henüz ROS ortamında desteklenmese de birden fazla dinamik motoru ve aktarım elemanı sunar. ITECH Kolu, İstanbul Teknik Üniversitesi Makina Mühendisliği Otomatik Kontrol Laboratuarı’nda üretilmiş altı serbestlik dereceli bir insansı robot koludur. Robot, Maxon firmasına ait fırçasız doğru akım motorlarla tahrik edilmekte ve aktarım elemanı olarak harmonik dişliler kullanılmaktadır. Bu tezin amacı, Otomatik Kontrol laboratuarı için kapsamlı bir kinematik ve dinamik kütüphanesi yaratmak, bu kütüphanenin ROS ile kullanılabilmesi için gerekli yazılım paketlerini yasmak ve sonunda ITECH kolunun görev uzayında ters dinamik kontrolünü Gazebo simulasyon ortamında uygulamaktır. Bu tez altı bölümden oluşmaktadır. İlk bölümde tezin amacı, literatür taraması ve ITECH Robot Kolu’nun koşacağı işletim sistemi, motor güç ve limitleri, aktarım elemanları gibi mekanik-yazılımsal özelliklerinden bahsedilmiştir. İkinci bölümde bir robot kolun geometrik, kinematik ve dinamik modellenmesi anlatılmıştır. Seçilen mevcut kinematik ve dinamik çözümlerin, alternatiflerine göre yapılan işlem sayısı bakımından üstünlüklerinden bahsedilmiştir. ITECH Robot Kolu’nun geometrik, kinematik ve dinamik modeli türetilmiştir. Üçüncü bölümde Robot İşletim Sistemi tanıtılmıştır. ROS’un yazılım mimarisinden ve imkanlarından bahsedilmiştir. ROS’un ve Gazebo’nun neden tercih edildiği ve ilerideki çalışmalarda, bu çalışmada hazırlanan yazılımların gerçek robotta nasıl kullanılabileceği anlatılmıştur. ITECH Kolu’nun ROS ortamına entegrasyonu ve ROS ile Gazebo dinamik simulasyon ortamının arayüzünün oluşturulma basamakları tarif edilmiştir. Dördüncü bölümde robot kollarında yörünge oluşturulmasından ve bu yörüngeye ait zamanlama fonksiyonlarından bahsedilmiştir. Robot kollarının kontrol metodları tartışılmıştır. Merkezi olmayan ve merkezi kontrol algoritmalarına değinilmiştir. Görev uzayında yörünge takibi ve ITECH Kolu’nda ters dinamik kontrol algoritmasının uygulanması anlatılmıştır. Beşinci bölümde noktadan noktaya ve çember yörüngeye ait yüklü ve yüksüz durumlarda, çeşitli kazanç ve kontrolcü frekanslarında simülasyon sonuçları verilmiştir. Kontrolcünün performansını test etmek amacıyla bu simulasyonlar 1m/s hızında yapılmıştır. Yüklü durumda robot yükten habersiz olduğu ve bu ek kütle modele dahil edilmediği için sisteme bir bozucu olarak etki etmiştir.Ayrıca örnek bir görev olarak al-yerleştir senaryosu sonuçları eklenmiştir. Simülasyon sonuçları irdelenmiştir. Altıncı ve son bölümde tez boyunca yapılan çalışmalar özetlenmiştir. İleride dinamik algoritmaların geliştirilmesi için simulasyon ortamı seçimi ve gerçek robot üzerinde yapılacak çalışmalarda kullanılabilecek haberleşme teknolojileri için tavsiyelerde bulunulmuştur. Ekler bölümünde robotun geometrik ve kütle özelliklerinin yanı sıra, bu tez için yazılan nesne tabanlı Python kütüphanesinin sınıfları ve bu sınıflara ait fonksiyonların kullanımı verilmiştir. Bu kütüphane, bütün tek zincir seri robot kollarına uygun olduğu için ITECH Kolu’nda yapılacak serbestlik derecesi, eksen değişikliği gibi mekanik değişimler, birkaç satır kod ile bu tezdeki kodu kullanarak yeni robot koluna uygulanabilir. Ayrıca, tezde sözde ters jakobiyen yöntemi ile ters kinematik kullanıldığı için, serbestlik derecesi altıdan farklı olan robot kolları da bu kütüphaneyle yaratılacak kodla kontrol edilebilir. İnsan kolu gibi serbestlik derecesi altıdan büyük robotlar için fazlalık çözünürlüğünün eklenmesi gerekmektedir.Nowadays, humanoid robot technology is studied extensively around the world. These humanoid robots can reach the places that wheeled robots cannot and can perform complicated tasks with their two arm manipulators. Experimental studies are being conducted for humanoid robots. Interacting with environment, cooperation with humans and executing human-like motions for various tasks are the key objectives of these studies. Control of the manipulators of humanoid robots require a dynamic model based control for fast movement cases. As the manipulator is supposed to move in a cluttered environment, task space control inverse dynamics control is a suitable control policy for this scenario, where the motion of the end-effector can be predicted during the execution of the desired trajectory. The humanoid robots consist of a high number of actuators and sensors. To control the robot, sensor processing, motion planning and actuator control need to be done simultaneously. Thus, the software of these robots consist of multi-processes and scheduling to handle this problem. ROS (Robot Operating System) is an open-source operating system that has software libraries and tools for such robotic applications. It offers both simulator and hardware interface, alongside state-of-art algorithms. A software that runs on ROS consists of multiple processes called ‘nodes’. Each node handles a different task, runs at a specified frequency and communicate with each other. This architecture eases the programming and enables use of open-source libraries in separate nodes in a plug-and-play way. Gazebo is an open-source dynamic simulation environment that enables the simulation of many type of robots such as full body humanoids with various sensors and environment interaction. Gazebo has interface with several platforms, including ROS and it offers several dynamic engines and number of transmissions, but not all of them are supported by ROS at the moment. ITECH Arm is a six degrees of freedom humanoid robot arm built in Mechanical Engineering Automatic Control Laboratory of İstanbul Technical University. The purpose of this thesis is creating a generic kinematics and dynamics library for the Automatic Control Laboratory, writing the software packages using this library for the ROS integration of the robot arm and finally implementing task space inverse dynamics control of ITECH Arm in Gazebo simulation environment. This thesis consists of six chapters. In the first chapter, purpose of the thesis, literature review and mechanical-software properties of ITECH Arm manipulator will be mentioned. In second chapter, kinematic and dynamic modelling of a robot manipulator is presented. The geometric, kinematic and dynamic models of ITECH Arm manipulator are derived. In chapter three, Robot Operating System is introduced. The software architecture and capabilities of ROS are mentioned. Integration steps of ITECH Arm to ROS environment and interfacing ROS and Gazebo simulation environment are described. In fourth chapter, trajectory generation for robot manipulators is mentioned. Several robot control methods are discussed. Implementation of task space trajectory tracking with inverse dynamics control algorithm on ITECH Arm is described. In chapter five, simulation results of circular trajectory for with and without payload cases using various gain sets and controller frequencies are presented. Also, as an example task, a pick and place scenario results are appended. The simulation results are discussed. In sixth and the last chapter, all the work done in the thesis is summarized and suggestions for future works are presented.Yüksek LisansM.Sc

Robotic arm with ten degrees of freedom

ABSTRACT: This bachellor thesis present a matlab code that makes a robotic arm to work. Controlling the arm means that all the movements of the arm are defined. The robotic arm is ten degrees of freedom. Inside this task we are going to use the code of the optimization algorithm based on genetic algorithms and the knowledge of direct kinematics equations to get the inverse kinematics model used to control the movement of a robotic arm. With this combination we got a good inverse kinematic model of 10 D.O.F. robot mechanism.Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriale

Automatic selection of the Groebner Basis' monomial order employed for the synthesis of the inverse kinematic model of non-redundant open-chain robotic systems

This is an Author's Accepted Manuscript of an article published in José Guzmán-Giménez, Ángel Valera Fernández, Vicente Mata Amela & Miguel Ángel Díaz-Rodríguez (2023) Automatic selection of the Groebner Basis¿ monomial order employed for the synthesis of the inverse kinematic model of non-redundant open-chain robotic systems, Mechanics Based Design of Structures and Machines, 51:5, 2458-2480, DOI: 10.1080/15397734.2021.1899829 [copyright Taylor & Francis], available online at: http://www.tandfonline.com/10.1080/15397734.2021.1899829[EN] The methods most commonly used to synthesize the Inverse Kinematic Model (IKM) of open-chain robotic systems strongly depend on the robot's geometry, which make them difficult to systematize. In a previous work we presented a systematic procedure that relies on Groebner Bases to synthesize the IKM of non-redundant open-chain robots. This study expands the developed procedure with a methodology for the automatic selection of the basis' monomial order. The procedure's inputs are the robot's Denavit-Hartenberg parameters and the movement range of its actuators, while the output is the synthesized IKM, ready to be used in the robot's control system or in a simulation of its behavior. This procedure can synthesize the IKM of a wide range of open-chain robotic systems, such as Cartesian robots, SCARA, non-redundant multi-legged robots, and all non-redundant manipulators that satisfy the in-line wrist condition. The procedure's performance is assessed through two study cases of open-chain robots: a walking hexapod and a PUMA manipulator. The optimal monomial order is successfully identified for all cases. Also the output errors of the synthesized IKMs are negligible when evaluated in their corresponding workspaces, while their computation times are comparable to those required by the kinematic models calculated by traditional methods.This research was partially funded by Plan Nacional de IthornDthorni, Agencia Estatal de Investigacion del Ministerio de Economia, Industria y Competitividad del Gobierno de Espana, in the project FEDER-CICYT DPI201784201-R.Guzmán-Giménez, J.; Valera Fernández, Á.; Mata Amela, V.; Díaz-Rodríguez, MÁ. (2023). Automatic selection of the Groebner Basis' monomial order employed for the synthesis of the inverse kinematic model of non-redundant open-chain robotic systems. Mechanics Based Design of Structures and Machines. 51(5):2458-2480. https://doi.org/10.1080/15397734.2021.18998292458248051

Modeling of Inverse Kinematic Analysis of Open-Source Medical Assist Robot Arm by Python

Today, the epidemic diseases such as COVID-19 spreads very fast in the globalizing world and lethal effects on human health have had a noticeable effect on the health sector. For this situations, various disciplines have had different studies to minimize the effects of the epidemic. In such cases, it is a separate requirement that the use of the opportunities brought by technology. In this study, the kinematic analysis of the open-source robot arm was especially examined in terms of reducing the workload of individuals working in the healthcare sector. The open-source robot arm is articulated and has 5 degrees of freedom. The kinematic analysis is very important for determination of the working space of the robotic systems. The inverse kinematic analysis was done with Python programming language and the control module was developed to check the analysis. The control module shows the angle values depending on the joints of the robot arm. It is also shown the Px, Py, and Pz positions obtained depending on the position of the end effector in 3D space. On the other hand, Euler angle values are also specified, which are based on the position of the last position taken by the joints of the robot arm in the 3D space. In the study, the geometric approach method was used that is still popular in the inverse kinematic analysis. It is hoped that this study will inspire the development and use of professional and industrial kinds of the open-source robot arm

Exp[licit]-A Robot modeling Software based on Exponential Maps

$$Deriving a robot's equation of motion typically requires placing multiple coordinate frames, commonly using the Denavit-Hartenberg convention to express the kinematic and dynamic relationships between segments. This paper presents an alternative using the differential geometric method of Exponential Maps, which reduces the number of coordinate frame choices to two. The traditional and differential geometric methods are compared, and the conceptual and practical differences are detailed. The open-source software, Exp[licit], based on the differential geometric method, is introduced. It is intended for use by researchers and engineers with basic knowledge of geometry and robotics. Code snippets and an example application are provided to demonstrate the benefits of the differential geometric method and assist users to get started with the software.Comment: 8 pages, 5 figure

Initial estimation of kinematic structure of a robotic manipulator as an input for its synthesis

Researchers often deal with the synthesis of the kinematic structure of a robotic manipulator to determine the optimal manipulator for a given task. This approach can lower the cost of the manipulator and allow it to achieve poses that might be unreachable by universal manipulators in an existing constrained environment. Numerical methods are broadly used to find the optimum design but they often require an estimated initial kinematic structure as input, especially if local-optimum-search algorithms are used. This paper presents four different algorithms for such an estimation using the standard Denavit-Hartenberg convention. Two of the algorithms are able to reach a given position and the other two can reach both position and orientation using Bezier splines approximation and vector algebra. The results are demonstrated with three chosen example poses and are evaluated by measuring manipulability and the total link length of the final kinematic structures.Web of Science118art. no. 354

The explicit dynamic model and inertial parameters of the PUMA 560 arm

To provide COSMOS, a dynamic model based manipulator control system, with an improved dynamic model, a PUMA 560 arm was disassembled; the inertial properties of the individual links were measured; and an explicit model incorporating all of the non-zero measured parameters was derived. The explicit model of the PUMA arm has been obtained with a derivation procedure comprised of several heuristic rules for simplification. A simplified model, abbreviated from the full explicit model with a 1% significance criterion, can be evaluated with 805 calculations, one fifth the number required by the recursive Newton-Euler method. The procedure used to derive the model is laid out; the measured inertial parameters are presented, and the model is included in an appendix