Robot Manipulator Inverse Kinematics Solver Project

Bu proje, farklı robot manipülatörleri için çeşitli ters kinematik çözüm yöntemlerini uygulayan ve karşılaştıran bir Python uygulamasıdır.

Proje Hakkında

Bu projede, robotik sistemlerde sıkça kullanılan beş farklı ters kinematik çözüm yöntemi uygulanmış ve performansları karşılaştırılmıştır:

• Newton-Raphson Metodu
• Damped Least Squares (DLS)
• Jacobian Bazlı Çözüm
• Cyclic Coordinate Descent (CCD)
• FABRIK (Forward And Backward Reaching Inverse Kinematics)

Teknolojiler ve Gereksinimler

• Python 3.8+
• NumPy
• SciPy
• Robotics Toolbox
• CustomTkinter (GUI için)

Kurulum

# Gerekli kütüphanelerin kurulumu
pip install numpy scipy roboticstoolbox-python customtkinter

Proje Yapısı

Proje aşağıdaki ana modüllerden oluşmaktadır:

├── main.py                # Ana test programı
├── ik_solvers.py          # Ters kinematik çözücüler
├── robot_manipulator.py   # Robot manipülatör sınıfı
├── robot_config.py        # Robot konfigürasyonları
└── new_gui.py             # Grafiksel kullanıcı arayüzü

Yapılandırma ve Kullanım

Robot Konfigürasyonları

robot_config.py dosyasında dört farklı robot tipi tanımlanmıştır:

• Custom Robot (RRP): 3 eklemli (2 döner, 1 prizmatik). DH parametreleri ve eklem limitleri kullanıcıdan girilebilir.

• UR5: 6 eklemli endüstriyel robot. Standart UR5 parametreleri.

• SCARA: 4 eklemli SCARA tipi robot. Özelleştirilmiş SCARA parametreleri.

• KR6: 6 eklemli KUKA robot. Endüstriyel standartlara uygun parametreler.

Ters Kinematik Çözücüler

ik_solvers.py dosyasında bulunan çözüm metodları:

• Newton-Raphson Metodu: Matematiksel iterasyon bazlı çözüm. Yüksek hassasiyet ve hızlı yakınsama. newton_raphson_solver() fonksiyonu ile çağrılır.
• Damped Least Squares (DLS): Tekil durumlarda kararlı çözüm. Ayarlanabilir sönümleme faktörü. dls_solver() fonksiyonu ile çağrılır.
• Jacobian Bazlı Çözüm: Hız bazlı kinematik çözüm. Basit ve etkili implementasyon. jacobian_solver() fonksiyonu ile çağrılır.
• Cyclic Coordinate Descent (CCD): CCD Eklem bazlı iteratif çözüm. Düşük hesaplama maliyeti. ccd_solver() fonksiyonu ile çağrılır.
• FABRIK: İleri-geri kinematik çözüm. Hızlı yakınsama özelliği. fabrik_solver() fonksiyonu ile çağrılır.

Test Konumları ve Parametreler

robot_config.py dosyasında şu fonksiyonlarla ayarlanır:

# Test pozisyonlarını ayarlama
def get_test_positions():
    return [
        [100, 20, 140],    # Başlangıç pozisyonu (mm)
        #[150, 0, 100]       # Hedef pozisyon (mm) İkinci nokta opsiyoneldir. Birden fazla nokta varken yörüngeyi çözer.
    ]

# Çözücü parametrelerini ayarlama  
def get_solver_parameters():
    return {
        'max_iter': 1000,    # Maksimum iterasyon sayısı
        'tolerance': 1e-2,   # Hata toleransı (mm)
        'lambda_val': 0.2,   # DLS sönümleme faktörü
        'alpha': 0.5         # Jacobian adım büyüklüğü
    }

Program Çalıştırma

Temel Test İçin:

python main.py

Bu komut:

• Tüm çözücüleri test eder
• Performans metriklerini gösterir
• Sonuçları görselleştirir

GUI Özellikleri ve Kullanımı

Örnek Video

Temel Bileşenler

1. Robot Konfigürasyon Paneli

• Robot Type: Robot tipi seçimi (SCARA, UR5, KR6, Custom)
• Number of Joints: Eklem sayısı seçimi (2-10 arası)
• DH Parametre Tablosu:
• Joint Type (R: Revolute, P: Prismatic)
• a, alpha, d, offset parametreleri
• q_min, q_max (eklem limitleri)

2. Kontrol Paneli

Solver: Çözücü algoritması seçimi

• jacobian
• dls (Damped Least Squares)
• ccd (Cyclic Coordinate Descent)
• fabrik
• newton Target Position: Hedef konum girişi (X, Y, Z) mm cinsinden

3. Butonlar

• Solve IK: Seçili çözücü ile ters kinematik hesaplama
• Reset Robot: Robotu başlangıç pozisyonuna döndürme
• Add Point: Yörünge noktası ekleme
• Clear Points: Yörünge noktalarını temizleme
• Animate: Yörünge animasyonunu başlatma

4. Performans Metrikleri

• Iterations: Çözüm için gereken iterasyon sayısı
• Time: Çözüm süresi (saniye)
• Error: Konum hatası (mm)

5. Log Paneli

• Eklenen noktalar
• Bulunan çözümler
• Eklem açıları/konumları
• Hata mesajları

6. Yörünge Noktaları

• Eklenen noktaların listesi
• Her nokta için X, Y, Z koordinatları

Örnek Kullanım

Temel Çözüm İşlemi:

1. Robot tipini seçin (örn: SCARA)
2. Hedef pozisyonu girin (X, Y, Z)
3. Çözücü seçin (örn: jacobian)
4. "Solve IK" butonuna tıklayın

Yörünge Oluşturma:

1. İlk hedef noktayı girin
2. "Add Point" ile ekleyin
3. İkinci noktayı girin ve ekleyin
4. "Animate" ile yörüngeyi canlandırın

Önemli Notlar

• Robot tipi değiştirildiğinde DH parametreleri otomatik güncellenir
• Prizmatik eklemler (P) için limit değerleri mm cinsindendir
• Döner eklemler (R) için limit değerleri radyan cinsindendir
• Hedef nokta robot çalışma uzayı dışındaysa uyarı verilir
• Yörünge noktaları arası otomatik interpolasyon yapılır