Dört tekerden tahrikli ve dört tekerden yönelimli mobil manipülatör sisteminin elektriksel tasarımı
Electrical design of four-wheel-steer and four-wheel-drive mobile manipulator system
Yazar: BİLGE GÜROL
Danışman: PROF.DR. HAKAN TEMELTAŞ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Disiplinlerarası Ana Bilim Dalı / Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2007
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Tekerlekli mobil sistemler, robotik alanında yapılan araştırmaların önemlikonularından birini oluşturmaktadır. Farklı tekerlek yapılarına ve mekanik tasarımasahip mobil robotlar geliştirilmekte ve incelenmektedir. Dört tekerden tahrikli ve dörttekerden yönelimli mobil robotlar, doksanlı yılların başından itibaren araştırmacılarınilgi alanına girmeye başlamıştır. Pahalı ve karmaşık olan bu tür sistemlerle ilgiliçalışmaların birçoğu, simülasyon olarak yapılmaktadır. Bu durum, elde edilensonuçların doğruluğunun, gerçek sistem üzerinde sınanamaması sonucunudoğurmaktadır.Bu alanda görülen eksiklik doğrultusunda, yedi serbestlik dereceli Mitsubishi PA-10robot kolunu taşıyacak, dört tekerden tahrikli ve dört tekerden yönelimli bir mobilplatformun tasarımı yapılmıştır. Bu sayede mobil robotun hareket serbestliği ileMitsubishi PA-10 robot kolunun manipülasyon kabiliyeti birleştirilerek, bir mobilmanipülatör sistemi elde edilmiştir. Ayrıca, çoklu sensör yapısı sayesinde sistemeotonom çalışma imkanı kazandırılmıştır.Tasarım aşamasının ardından, üretimi gerçekleştirilen mobil manipülatörün, çalışırduruma getirilebilmesi için gereken elektriksel tasarım, kurulum ve ayarlamalar buçalışmanın temel amacını oluşturmaktadır. Mobil robotun elektriksel donanımı; güçsistemi, hareket kontrol sistemi ve kontrol bilgisayar sistemi olmak üzere üç ana başlıkaltında toplanmıştır. Bu sistemlerin uyumlu ve güvenli olarak çalışmasını sağlamakamacıyla, donanım bileşenlerinin elektriksel özellikleri ve çalışma prensipleribelirlenmiş ve uygulamaları yapılmıştır. Mobil robotun, belirlenen yörüngede hareketetmesini sağlayacak tekerlek açılarının ve hızlarının kontrolü için gerekli kinematikmodel, dinamik modelleme çalışmalarına temel hazırlayacak şekilde, kapalı kinematikzincir topolojisi temel alınarak ve uzaysal vektör cebri kullanılarak oluşturulmuştur.Elde edilen sonuçlar incelenerek, yapılması gereken iyileştirmelere ilişkin önerilersunulmuştur.Anahtar Kelimeler: Dört tekerden yönelim, Mobil manipülatör, Mobil robot

Abstract:
Wheeled mobile systems are one of the important research topics of robotics. Mobilerobots in different wheel types and mechanical design have been developed andexamined. Four-wheel-steer and four-wheel-drive (4WS/4WD) mobile robots have beenstudied since early 90?s. Due to cost and complexity of these systems, research in thisfield is usually conducted using simulations. Hence, results obtained from such studiescannot be verified.Because of the insufficient practical studies on this topic, it is decided to design a4WS/4WD mobile platform which can operate with 7 DOF Mitsubishi PA-10 robotarm. By unifying manipulation capabilities of Mitsubishi PA-10 robot arm withmovement freedom of mobile robot, a mobile manipulator system is obtained. Thissystem also has the autonomous operation capability by the help of multiple sensorstypes.Scope of this thesis is design, setup and tuning of electrical systems of mobilemanipulator. Electrical hardware of the mobile robot is divided into three sub-systems;power system, motion control system and main control system. Electrical properties andcharactereistics of hardware components are examined for cooperation and harmony ofthe so called systems. To control the steering and velocity of the wheels of the mobilerobot to follow a defined path, kinematic model, which is based on close kinematic chaintopology, is obtained by using spatial vector algebra. Also a dynamic model can beacquired for future studies based on this model. Finally, results are discussed andnecessary developments are proposed.Keywords: Four-wheel-steer, 4WS, Mobile manipulator, Mobile robot