Stewart platform mekanizması çalışma uzay analizi
The workspace analysis of stewart platform mechanism
Yazar: SERDAR AY
Danışman: PROF. DR. ABDURRAHMAN HACIOĞLU ; DOÇ. DR. O.ERGÜVEN VATANDAŞ
Hava Harp Okulu Komutanlığı / Havacılık ve Uzay Teknolojileri Enstitüsü / Havacılık Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Havacılık Mühendisliği = Aeronautical Engineering
Dizin: Stewart mekanizması = Stewart mechanism

Özet:
6-3 Stewart Platform Mekanizmasının (SPM) ulaşılabilençalışma uzayı yeni bir geometrik yaklaşım kullanılarak eldeedilmiştir. Geliştirilen geometrik yönteme geçilmeden önce,ters kinematik teknik kullanılarak 6-3 SPM'nınayrıklaştırma yöntemiile sabit yönelim çalışma uzayı elde edilerek, incelenmiş ve mafsalkonum yarıçaplarının çalışma uzayına etkisi analizedilmiştir.Önerilen yeni geometrik yöntemin daha iyi anlaşılabilmesi içindüzlemsel SPM üzerinde anlatımı ve uygulaması yapıldıktansonra,6-3 SPM ele alınarak yöntemin aşamaları anlatılmış vegerçekleştirilen uygulama ile mekanizmanın ulaşılabilen çalışma uzayı elde edilmiştir. Geliştirilen yöntemle elde edilen ulaşılabilençalışma uzayı, ayrıklaştırma yöntemi ile edilen sabityönelim (hareketli platform sabit tabana paralel durumda)çalışma uzayıile kıyaslanmıştır.Mevcut çalışmalarda yaygın olarak kullanılmış olan sabityönelim ve yönelim çalışma uzay analizlerinde,kartezyen veya polar koordinatlarda araştırma uzayı bir çözüm ağı ile temsiledilmekte ve bu ağa ait düğüm noktalarının çalışma uzayına ait olup/olmadığı, mafsal ve bacak uzunluk sınır kısıtları göz önüne alınarak, ters kinematik yöntem ile araştırılmaktadır. Ayrıca araştırma uzayının şekli vebüyüklüğünün de önceden doğrutespit edilebilmesi, çalışma uzayı analizinde hesaplama süresini ve analizin doğruluğunu doğrudan etkilemektedir. Bu nedenle ters kinematik tekniği basit olmasına karşın uzun hesaplama süresi SPM'nın endüstriyel uygulamalarını sınırlandırmaktadır.SPM'nin gerçek zamanlı uygulamalarında düz kinematiktekniğin kullanılıyor olması nedeni ile önerilen yeni geometrik yöntem de ters kinematik teknik ile birlikte kısmen düz kinematik teknik de kullanılmıştır. Araştırma uzayına ihtiyaç duyulmaksızın, bacak boy ve mafsal sınır kısıtları göz önüne alınarak ele alınan 6-3 SPM'nın tüm bacak konfigürasyonlarında ulaşılabilen çalışma uzayı, geometrik yaklaşımla ve hibrit kinematik teknik kullanılarak elde edilmektedir. Ulaşılabilen çalışma uzayının elde edildiği geliştirilen yöntem,geometrik esaslı olması nedeni ile basit ve kolay anlaşılabilirdir. Çalışma uzayıile ilgili elde edilen bilgi, SPM seçim ve tasarım aşamaları içinçok önemlidir.

Abstract:
In this study, the reachable workspace of 6-3 Stewart Platform Mechanism (SPM) is determined by utilizing a novel geometrical method. Firstly, the development of SPM as a type of parallel mechanism is mentioned. The serial and parallel mechanisms are compared with reference to some advantages and disadvantages inherent to each class. The application areas, classification and design of different types of SPMs are presented. Secondly, singularity, dynamics, control, inverse and forward kinematics of SPM are introduced. Thirdly, the workspace of SPM is particularly investigated as a core subject of this dissertation in detail. Fourthly, the constant orientation workspace of 6-3 SPM is analyzed by utilizing inverse kinematics and discretization methods and the effects of radii of joint locations on workspace of 6-3 SPM are presented. In order to explain the proposed geometric method well, the planar SPM is taken into account and a case study is conducted. Finally, the proposed geometric method relating to 6-3 SPM is mentioned and a case study is conducted. The reachable workspace obtained via the proposed geometric is compared with the constant orientation workspace via discretization method in accordance with attainable points.In recent investigations related to the constant orientation and orientation workspaces, the search space is covered by a regularly arranged grid in either cartesian or polar forms of nodes. Each node is then investigated to see whether it belongs to the workspace by taking into account all constraints of active and passive joints via inverse kinematics. The accuracy and precision of the boundary depends upon the sampling step that is utilized to form the grid. The larger the sampling step size is, the less the computation time. However, problems occur when the workspace possesses voids. It is possible to avoid the voids in workspace and attain more accurate and more precise analysis by reducing the sampling step. However, the computation time increases exponentially with the sampling step.Furthermore, that the size and shape of search space must be selected prior to determination of workspace affects directly on computation time and accuracy of workspace analysis. Therefore, inverse kinematic method of SPM limits the practical and industrial application of SPM although it is straightforward and simple. Since forward kinematics is utilized to perform joint space control in real-time applications of SPM, the forward kinematics in addition to inverse kinematics is employed in the proposed geometrical method to make SPM more suitable for the real time applications. The reachable workspace of all possible configurations of 6-3 SPM is obtained by utilizing hybrid kinematics and taking into account all constraints without the search space.The proposed method based on a geometric approach providing reachable workspace of 6-3 SPM is rather straightforward. The knowledge obtained in the proposed method relating to workspace is great important in the phases of the selection and design of SPM.