Stewart platform benzetim ve eniyileme yazılımının gerçekleştirilmesi
Implementation of simulation and optimization of Stewart platform
Yazar: ALPASLAN BURAK İNNER
Danışman: DOÇ. DR. SERDAR KÜÇÜK
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Bilgisayar Sistemleri Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering
Dizin: Benzetim = Simulation ; Paralel manipülatörler = Parallel manipulators ; Parçacık sürü optimizasyonu = Particle swarm optimization ; Stewart mekanizması = Stewart mechanism

Özet:
Bu tez çalışmasında robot tasarımcıları ve araştırmacıları için bir Genel Stewart Platform (GSP) benzetim aracı (STEWSIM) tasarlanarak gerçekleştirilmiştir. Farklı sayıda bacağa sahip olası tüm GSP mekanizmalarının kolaylıkla tasarlanabilmesini sağlayan bağlantı matrisi algoritması geliştirilmiştir. MATLAB ortamında grafiksel kullanıcı arabirime sahip olarak geliştirilen bu araç sayesinde GSP mekanizmalarının ters ve ileri kinematik, Jacobian matrisi, beceri (Dexterity), çalışma uzayı, tekillik analizi ve yörünge planlaması hesaplamaları Roll-Pitch-Yaw veya Euler açı setleri kullanılarak yapılabilmektedir.Üç ile altı bacak sayısına sahip olası tüm GSP mekanizmalarının boyutsal eniyilemesini yapabilen araç (STEWOPT), STEWSIM'in kinematik özellikleri temel alınarak geliştirilmiştir. STEWOPT, kullanıcıların en iyi bacak uzunluklarını, sabit ve hareketli platformun yarıçapları ile bağlantı noktalarının konumlarını manipülatörün beceri değeri yardımıyla hesaplayabilmektedir. Beceri hesaplanmasında, iki farklı norm operatörü yardımıyla Jacobian matrisinin koşul sayısının hesaplanabilmesi sağlanmıştır. Eniyileme algoritması olarak parçacık sürü ve kuantum parçacık sürü algoritmalarından birisi seçilebilmektedir. STEWOPT, GSP mekanizmalarının beceri değerlerini karşılaştırarak, verilen bir işe uygun en iyi GSP yapılandırmasının bulunmasını sağlayabilir.Beş farklı stroke uzunluğuna sahip on farklı tipte altı bacaklı GSP mekanizmalarının eniyilemesi STEWOPT yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak 6x5 ve 6x6 GSP mekanizmalarının en iyi, 5x5 GSP mekanizmasının ise en kötü kinematik başarımı sergilediği görülmüştür. Ayrıca stroke uzunluğu olarak 100 mm ve 150 mm değerleri on farklı GSP içinde en iyi beceri değerlerini sunmuştur.

Abstract:
In this work, a General Steward Platform (GSP) Simulation tool (STEWSIM) has been developed for robot designers and researchers. STEWSIM uses an efficient connection matrix algorithm that has been developed for designing all possible types of GSPs easily. This new simulation software, based on MATLAB graphical user interface, provides a suite of analysis such as inverse and forward kinematics, Jacobian matrix, dexterity, workspace, singularity and trajectory planning by using different kinds of Roll-Pitch-Yaw or Euler angle sets.A new interactive optimization tool (STEWOPT) has been developed based on the kinematic properties of STEWSIM to perform dimensional optimization of all types of GSPs with different number of legs varying between three and six. STEWOPT enables the designers user to find the optimum link lengths, radiuses and attachment points of the base and moving platforms for different actuator stroke lengths in order to measure the dexterity of the manipulator computed by applying two different norms of the condition number of the Jacobian matrix. The Particle Swarm and Quantum Particle Swarm Optimization can be used as the optimization algorithms. STEWOPT allows the user to compare the dexterity values of several manipulators in order to find the best GSP configuration for a specified task.Ten different types of six-legged GSPs with five different actuator stroke lengths have been optimized by using STEWOPT. It is concluded from the results that 6x6 and 6x5 GSP provides the best while 5x5 GSP provides the worst kinematic performances. The actuator stroke lengths of 100 mm and 150 mm produce the best dexterity values for the ten different GSPs.