İnsan-makine arayüzü olarak 3x3 Stewart platformunun empedans kuvvet kontrolü
Insan-makine arayüzü olarak 3x3 Stewart platformunun empedans kuvvet kontrolü
Yazar: ALPER GÜNEY
Danışman: YRD. DOÇ. DR. VASFİ EMRE ÖMÜRLÜ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Teorisi ve Kontrol Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Stewart Platform tabanlı, uzaysal hareketin simüle edilmesine dair, birçok uygulama, bu kinematik paralel mekanizmaların 1965 teki ilk çıkışından itibaren, hayata geçirilmiştir. Başta uçak simülatörleri olmak üzere, üç boyutlu yüzeylerin işlenmesi gibi problemlerin çözümünde, Stewart Platform kullanılagelmiştir. Bu çalışmada, uzaysal hareketin, mesela uçak simülatörlerindeki gibi, simülasyonu yerine, uzaysal hareket yapan, 3 öteleme artı 3 dönme ekseni, herhangi fiziksel cismin tek noktadan Stewart Platform kullanılarak kontrolünü sağlayacak, kuvvet geribeslemeli bir insan-makine arayüzünün gerçekleştirilmesi amaçlanmaktadır. Böylece, hava, denizaltı veya uzayda hareket eden taşıtlarda tek noktadan bütün yönlendirmeler ve hız ve pozisyon kontrolleri gerçekleştirilebilecektir. Aynı zamanda kontrol edilen taşıta gelen ve taşıtı yönlendirme durumunda olan kullanıcının normalde hissetmediği dış, taşıtın maruz kaldığı, kuvvetler, kuvvet geribeslemesi yoluyla kullanıcıya iletilecektir. Bu arayüzün tıbbi uygulamaları da mümkündür.Proje kapsamında, uzaysal altı eksenli hareket edebilen 3-3 Stewart Platformunun gerçek zamanlı insan-makine arayüzü olarak kullanımı incelenmiştir. Kullanıcı tarafından platform üzerine rijit bağlı kola uygulanacak olan altı eksenli kuvvet ve moment değerine göre platformun uyum göstererek hareket etmesi istenmektedir. Kullanıcı tarafından platforma uygulanan kuvvetin her bir eyleyici (tahrik elemanı) üzerindeki etkisi ayrı ayrı incelenmiştir. Bunun içinde 3-3 Stewart Platformuna ait Jakobian model tespit edilmiştir. Sonrasında her bir eyleyici empedans kontrol yöntemi kullanılarak ayrı ayrı kontrol edilmiştir. Ayrıca bu çalışmada 3-3 Stewart Platformuna ait düz kinematik problemde gerçek zamanlı olarak Newton-Raphson yöntemiyle çözümlenmiştir. Bu çalışmanın devamında, bu arayüz vasıtasıyla uzaysal hareket yapan herhangi fiziksel cismin tek noktadan kontrol edilmesi amaçlanmaktadır.Günümüzde uzaysal hareket eden cisimlerin kontrolünde direk 6 eksen birden tek bir noktadan kontrol edilemediğinden ve kuvvet geri beslemesi mevcut olmadığından, tasarlanacak insan-makine arayüzünün uluslararası düzeyde önemli bir boşluğu doldurması ve ulusal ekonomiye katkısı büyük olacaktır. Kaldı ki Stewart Platform konusunda fiziksel bazda uzmanımızın olmayışı ve bu teknolojide uzmanlaşmanın, kullanım alanları bakımından, ülke ekonomisine faydaları düşünüldüğünde, konunun önemi anlaşılmaktadır.

Abstract:
Many applications related to physical simulation of spatial motion has been put into realization since the first emergence of Stewart Platform based kinematical parallel mechanisms in 1965. Stewart Platform has been used in the realization of flight simulators and in the solution of problems related to manufacturing 3D surfaces. In this project, instead of employing the simulation method like the one adopted, for example, for the flight simulators, a human-machine interface (HMI) with force feedback, which will provide single point control of any physical object doing spatial motions along 3 translational- and 3 rotational-axes by means of Stewart Platform, is aimed to be developed. Thus, single point, omni-directional position and velocity controls of vehicles moving in the air, under the sea and space can be put into affect. In addition to this, the outer forces that the vehicle driven is exposed to, will be transferred to the driver, who is in the position of controlling/directing the vehicle and normally is unaware of them, by means of the force feedback. Medical, aeronautical, marine, robotic and other similar mechatronic applications of this interface are also possible and each of which is an R&D topic on its own.In this thesis, a spatial 6 DOF 3-3 Stewart platform as human-machine interface is examined. Depending on the six-axis force and torque input which is applied by the operator to the platform, platform is expected to move accordingly. Force applied by the user to the platform effecting the actuators is examined seperately. Therefore Jakobian model of the 3-3 Stewart Platform is identified. Then impedance control is used for the control of each actuator seperately. In addition, in this project real time direct kienematic problem is solved.It is expected that the designed and realized human-machine interface would be extremely important in both national and international levels, since as the current literature indicates, in the control of spatial-moving objects, all 6 axes cannot be controlled from a single point, and also there is no force feedback. It is a fact that there is not any established expertise on creating Stewart Platform related applications in the country. Hence, it seems it is obvious that the selected subject is very important from the point that building know-how and expertise on the matter and consequently providing benefits to science, technology, industry and therefore to the national economy.