Dört ayaklı robotların mekanik modellemesi ve aerodinamik analizi
Mechanical modeling and aerodynamic analysis of four-leged robots
Yazar: ENES UZUN
Danışman: DOÇ. DR. CENGİZ TEPE
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Akıllı Sistemler Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Bu tez kapsamında, dört ayaklı robotların mekanik tasarımı, hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) analizini kapsayan , dört farklı dört ayaklı robot tasarımının hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizleri gerçekleştirilmiş ve her bir robotun sürüklenme katsayısı(Cd)   dikkate alınarak aerodinamik performansları karşılaştırılmıştır. Farklı tasarımlar, akışkanlar içerisindeki davranışları ve direnç seviyeleri açısından değerlendirilmiştir. Analiz sonuçları, tasarımlar arasındaki aerodinamik avantajları ve dezavantajları net bir şekilde ortaya koymuş, en verimli ve optimize edilmiş yapının belirlenmesine olanak sağlamıştır. Bu kapsamlı karşılaştırma, dört ayaklı robotların tasarım ve mühendislik süreçlerine yeni bir perspektif kazandırmayı hedeflemektedir. 
Mekanik Tasarım: İlk olarak, tezde mekanik tasarımın önemini vurgulamaktadır. Robotun yapısal dayanıklılığını, hareket aralığını ve üretilebilirliğini etkileyen faktörler ele alınmaktadır. Ayrıca, malzeme seçimi ve geometrik tasarım gibi temel konular incelenmektedir.
Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) Analizi: Ardından, bilgisayar destekli akışkanlar dinamiği  analizi ile robotun aerodinamik performansı değerlendirilmektedir. Bu analiz, robotun hava direncini azaltarak enerji verimliliğini artırmayı amaçlamaktadır. Ayrıca dört ayaklı robotların tasarım sürecinde genellikle göz ardı edilen aerodinamik faktörleri ele almak gerektiği belirtilmektedir. Bu noktada, sonlu hacimler yöntemi kullanılarak yapılan akış analizi, robot tasarımında aerodinamik performansı artırmak amacıyla önemli bir rol oynamaktadır. Bu tezin ana odak noktası, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği  yöntemi kullanılarak dört ayaklı robotların etrafındaki akış yapısının detaylı bir şekilde analiz edilmesi ve sürüklenme katsayısını azaltmaya yönelik pasif akış kontrol yöntemlerinin incelenmesidir. Çalışmada dört farklı robotun incelemesi sonucunda, Cd ortalama yüzde hesapları yapılmıştır. Robot 2'ye göre Robot 4'ün aerodinamik verimliliğinin %76 olduğu bulunmuştur. Aynı şekilde, Robot 2'ye göre Robot 3'ün aerodinamik verimliliği %19 olarak tespit edilmiştir. Ayrıca, Robot 2'nin Robot 1'e göre aerodinamik verimliliğinin %9 olduğu belirlenmiştir. Bu sonuçlar, dört ayaklı robotların enerji verimliliğini, aerodinamik performansının farklılıklarını ve göreceli etkinliklerini anlamak için önemli bir karşılaştırma sunmaktadır.

Abstract:
Within the scope of this thesis, four different quadruped robot designs were analyzed by computational fluid dynamics (CFD) analysis, including the mechanical design of quadruped robots, and their aerodynamic performances were compared by considering the drag coefficient (Cd) of each robot. Different designs were evaluated in terms of their behavior in fluids and resistance levels. The analysis results clearly revealed the aerodynamic advantages and disadvantages between the designs, allowing the most efficient and optimized structure to be determined. This comprehensive comparison aims to provide a new perspective to the design and engineering processes of quadruped robots.
Mechanical Design: First, the thesis emphasizes the importance of mechanical design. Factors affecting the structural strength, range of motion and manufacturability of the robot are discussed. In addition, basic issues such as material selection and geometric design are examined.
Computational Fluid Dynamics (CFD) Analysis: Then, the aerodynamic performance of the robot is evaluated with computer-aided fluid dynamics analysis. This analysis aims to increase the energy efficiency of the robot by reducing the air resistance. It is also stated that it is necessary to address the aerodynamic factors that are often overlooked in the design process of quadruped robots. At this point, the flow analysis performed using the finite volume method plays an important role in order to increase the aerodynamic performance in robot design. The main focus of this thesis is to analyze the flow structure around the quadruped robots in detail using the Computational Fluid Dynamics method and to examine passive flow control methods to reduce the drag coefficient. As a result of the examination of four different robots in the study, Cd average percentage calculations were made. It was found that the aerodynamic efficiency of Robot 4 was 76% compared to Robot 2. Similarly, the aerodynamic efficiency of Robot 3 was determined as 19% compared to Robot 2. In addition, it was determined that the aerodynamic efficiency of Robot 2 was 9% compared to Robot 1. These results provide an important comparison to understand the energy efficiency of quadruped robots, the differences in aerodynamic performance and their relative effectiveness.