Yuvarlanan küresel robotlarda hareketli bacak mekanizması tasarım ve simülasyonu
Design and simulation of hinged leg mechanism in rolling spherical robots
Yazar: ŞÜKRİYE GÜLDEN ATALAY
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ERDEM ARSLAN
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering

Özet:
Küre şeklindeki robotlar, her yöne hareket edebilen geometrik yapıya sahip robotlardır. Küresel robotlar yapısı gereği yokuş çıkamaz ve engelle karşılaştığında bunları aşamazlar. Bu tez çalışmasında küresel mobil robotlara hem yeni hareket kabiliyetleri katacak hem de yokuş çıkmak ve engel aşmak gibi ek özellikler kazandırabilecek, hareketli bacaklara sahip yeni kabuğun geliştirilmesi hedeflenmiştir. Mevcut durumdaki küresel robotların hareket mekanizmalarında kontaklı bir yapı veya birden fazla eksende sarkaç bulunduran karmaşık hareket mekanizmaları kullanılmaktadır. Bu yapıların kullanılması durumunda kontaklarda zamanla birbirinden ayrılma veya kaymalar görülebilir. Bu sebepten çalışmada tek eksendeki bir sarkacın sabit şafta bağlı olduğu ve yönlenmenin içerideki bir kayar kütle yardımı ile sağlandığı küresel mobil robot tipi seçilmiştir. Robotun rampa çıkma veya zıplama hareketleri gerçekleştirebilmesi için kabuk kısmına hareketli bir bacak mekanizması eklenmiştir. Klasik integratör tabanlı simülatörlerde zamanla değişebilen kontak ilişkileri gibi karmaşık dinamik durumların göz önünde bulundurulması zordur. Bu sebepten dolayı hareketli bacağın robota etkisinin gözlemlenebilmesi için kontak ilişkilerinin dikkate alınacağı Matlab/SimMechanics ile geliştirilmiş bir simülatörden yararlanılmıştır. SimMechanicste geliştirilen simülatörün doğruluğunu ispatlamak için aynı robotun düz zemindeki hareketini simüle eden integratör tabanlı bir simülatörden faydalanılmıştır. Bacağın hareket ettirildiği birçok farklı durum için simülasyonlar detaylı olarak incelenmiş, oluşan kontak kuvvetlerin hareket dinamiğine uygun sonuçlar verdiği görülmüştür. Ayrıca bu tez çalışmasında robotun hızını ve çıkabileceği düzlemin eğimini arttıracak, gerekli bacak tahrik sinyalinin frekansının nasıl elde edilebileceği matematiksel denklemler de üretilmeye çalışılmıştır. Anahtar Kelimeler: Küresel Robot, Simülasyon, SimMechanics

Abstract:
Spherical robots are robots with a geometric structure that can move in all directions. Spherical robots, cannot climb hills and cannot cross them when they encounter obstacles. In this thesis, it is aimed to develop a new shell with movable legs that will both add new mobility capabilities and provide additional features such as climbing uphill and overcoming obstacles. In the mechanisms of spherical robots, complex movement mechanisms with a contact structure or pendulum in more than one axis are generally used. For this reason, a spherical mobile robot type in which a single axis pendulum is connected to the fixed shaft and the orientation is provided with the help of an internal sliding mass has been chosen. A movable leg mechanism has been added to the shell part so that the robot can perform movements such as ramping or jumping. In classical integrator-based simulators, it is very difficult to consider complex dynamical situations such as time-varying contact relationships. For this reason, a simulator developed with Matlab/SimMechanics, in which contact relations can be taken into account, was used to observe the effect of the moving leg on the robot. In order to validate the accuracy of this simulator developed in Simmechanics, an integrator-based simulator simulating the movement of the same robot on a flat surface was used. Simulations for many different situations in which the leg is moved have been examined in detail, and it has been seen that the resulting contact forces give results in accordance with the dynamics of movement. Furthermore, in this thesis, mathematical equations have been tried to be produced on how to obtain the frequency of the required leg drive signal, which will increase the speed of the robot and the inclination of the plane. 
Keywords: Spherical Robot, Simulation, SimMechanics