Doğrusal motor sistemi üzerine 6 serbestlik derecesine sahip platform tasarımının yapılarak uygulanması ve yazılımın eniyileştirilmesi

Abstract

Günümüzde askeri, cerrahi ve endüstriyel birçok alanda paralel mekanizmalar için kullanım alanları artmaktadır. Paralel mekanizmalar, iki rijit cisim arasında bulunan ve en az iki açık kinematik zincir ile birbirine bağlanmış yapılardır. Stewart Platform Mekanizması (SPM)'da buna verilebilecek ve 6 serbeslik derecesine sahip en iyi örnektir. SPM için literatürde en sık karşılaşılan yapı; sabit alt ve hareketli üst plaka arasında boyları değiştirilebilen bağlantı kollarından oluşmaktadır. Bu tez çalışmasında ise bağlantı kollarının uzunlukları sabit olmakla birlikte kolların alt mafsal kısımlarının zemine paralel doğrusal hareket sağlandığı bir model üzerinde çalışmalar yapılmış ve çalışma uzayı incelenmiştir. Bu model fikri üzerine tip sentezlemesi yapılarak, tekillik endeksi hesaplamalarına göre istenmeyen durumların arındırılması ile tasarımsal sistem gereklilikleri belirlenmiştir. Çalışmanın gerçekleştirilmesine ilk adım olarak Matlab ortamında 6x3 tipi platform iskeleti oluşturulmuş ve bu iskelet yapıdaki temel ölçülendirmeler, 3B katı model tasarımında kullanılıp üç boyutlu yazıcıda metrik olarak gerçek boyutta üretimi gerçekleştirilmiştir. Üretilen parça tasarımları bir bütün haline getirilerek tez çalışması amacına uygun platform mekanizması oluşturulmuştur. Çalışmada platform yapısı için çalışma uzayı analizleri gerçekleştirilerek ters kinematik denklemler ile geometrik çözümleme yöntemleri kullanılarak platform için çözüm kümesi oluşturulmuştur. Kinematik hesaplama süreci gömülü elektronik kontrol sistemi üzerine aktarmıştır. Kontrol algoritmaları geliştirilerek yazılımsal eniyileme sağlanmıştır. Bu tez çalışmasında platform kontrolü için kontrol kolu ve açı sensöründen alınan verilerden faydalanılmıştır. Sistemin çalışma durumu eş zamanlı olarak LCD panel ile gösterilmiştir. Zemindeki doğrusal hareket yapan motor sistemlerinin kontrolleri bağımsız olarak ayrı ayrı mikrodeneteyiciler ile yapılmış ve bu işlem ile paralel iş bölümü gerçekleştirilmiştir. Ayrıca çalışma içerisinde güçlü bir istatistiksel tahminleme metodu olan kalman filtresinden faydalanılarak açı sensörüne ait ölçüm verisinin temizlenmesi sağlanmıştır.

Nowadays, in a lot of fields -as military, surgical and industrial- parallel mechanisms usage is increasing. Parallel mechanisms are the structures located between two rigid bodies and linked with at least two open kinematic chains. Stewart Platform Mechanism (SPM) with 6 degrees of freedom is the best example of this mean. For SPM, mostly seen structures are connection arms with the adjustable length between the fixed lower bed and movable upper plate in literature. In this thesis, with fixed length arms, studies have been made on a model that provides linear movement by the lower joint of arms that placed parallel to the ground and its working-space has been examined. By type synthesising on this model idea and removing undesirable outcomes according to singularity index calculations, schematic system necessities have been determined. As the first step, 6x3 type platform structure has been created on the Matlab environment and the main measurements on this structure have been printed as a metric full-sized product on a 3D solid model design by 3D printer. Proper platform mechanism has been created for the thesis's purpose by assembling the produced parts of the design. The solution set for the platform structure has been gathered by using kinematic equations, geometric and working-space analysis. Kinematic calculation process transferred to the embedded electronic control system. Control algorithms have been developed and optimized on software. In this thesis study, control stick and, data obtained from the angular sensor has been used. System running conditions are shown simultaneously on an LCD panel. Controls of the motor systems which makes linear movements relative to the ground have been built with microcontrollers which are independent. With this process, parallel work-share has been made. Besides, a powerful statistical estimation method, the Kalman filter has been used to clear the data gathered from angular sensor measurements.