SCARA robot tabanlı kaotik karıştırıcının tasarımı ve gerçekleştirilmesi
Design and implementation of SCARA robot based chaotic mixer
Yazar: DOĞUCAN YAĞMUR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA ÇAĞRI KUTLU
Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering
Dizin: Kaos = Chaos ; Karıştırma = Mixing ; Kauçuk = Rubber ; Labview = Labview ; Robot kinematiği = Robot kinematics ; Robot tasarımı = Robot design ; Çekme dayanımı = Tensile strength

Özet:
Endüstriyel karıştırma işlemlerinde karışımı oluşturan malzemelerin hızlı ve etkili bir şekilde karıştırılması yeni tip malzeme üretiminde kritik bir öneme sahiptir. Karıştırma türü elde edilen karışımın fiziksel ve kimyasal özelliklerine doğrudan etki etmektedir. Bu tez çalışmasında 4 eksenli PRRR tipinde bir SCARA robot tabanlı kaotik karıştırıcı tasarlanmıştır. SCARA robotun uç işlevcisinde DC motorun şaftına bağlı karıştırıcı pervane bulunmaktadır. Karıştırıcı pervanenin hızı ve konumu iki farklı sistem tarafından kontrol edilmiştir. Karıştırıcı pervanenin konumunun  kontrolü USB2Dynamixel kontrol kartı ile  DC motorun hızının kotrolü  ise Arduino Mega 2560 mikrodenetleyicisi ve L298N motor sürücüsü ile sağlanmıştır. Sistem tasarımı ve donanımların kontrolü LabVIEW arayüzünde ile gerçekleştirilmiştir. Karıştırıcı pervanenin bir kaotik yörüngeyi takip etmesi ve DC motorun hızının kaotik olarak değişmesi için kaotik diferansiyel denklemlerin çözümlerinin yapılarak gerekli sayı değerlerin elde edilmesi gerekmektedir. Bunun için öncelikle LabVIEW ile MATLAB programlarının birbirleriyle haberleştirilmiştir. LabVIEW'de bulunan MATLAB komut dosyası düğümü, MATLAB komut dosyası sunucusundan MATLAB programında yazılmış kaotik deklemleri LabVIEW programına çağırılmış ve LabVIEW programındaki ode45 fonksiyonu ile çözdürülmüştür. Elde edilen kaotik sayı değerleri karıştırıcı pervanenin konum bilgisi olarak kullanılmış ve ters kinematik denklemler kullanılarak servo motorlar için gerekli açı değerleri elde edilmiştir. Kaotik sinyaller ölçeklendirilerek DC motorun hızının kontrolünü sağlayan PWM sinyallerinin doluluk oranı olarak kullanılmış ve DC motorun hızının kaotik olarak değişken olması sağlanmıştır. DC motor hızının kaotik olduğu çalışma yönteminde enerji tasarrufu sağlaması için DC motorun harcadığı enerji değerleri ölçülmüş ve en az enerji harcayan kaotik sinyal olarak Hadley kaotik sisteminden elde edilen Hadley 2 kaotik sinyali kullanılmıştır. Geliştirilen sistemin karışımlar üzerinde etkisinin incelenebilmesi için RTV 2710 silikon kauçuk ve Catalyst CX katalizörün karıştırma işlemi gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın birinci aşamasında Halvorsen, Newton Leipnik, Hadley, Sprott A. kaotik sistemlerine ait konumlarda, sabit konumda ve dairesel konumda, DC motorun ise sabit hızda çalıştığı karıştırma gerçekleştirilmiştir. Her karıştırma türünde üçer adet numune elde edilerek çekme testleri uygulanmış ve en yüksek ortalama kuvvet ve ortalama çekme dayanımı değerleri Sprott A. kaotik sisteminde elde edilmiştir. Çalışmanın ikinci kısmında sabit konum-Hadley 2 kaotik hız ve Sprott A. kaotik konum-Hadley 2 kaotik hız karıştırmaları gerçekleştirilmiş ve elde edilen numunelere çekme testi uygulanmıştır. Tüm testlerin sonucunda en yüksek ortalama kuvvet ve ortalama çekme dayanımı sonuçlarını Sprott A. kaotik sistemine ait kaotik konum-sabit hız yöntemi ve en düşük değerleri ise sabit konum-kaotik hız yöntemi vermiştir.

Abstract:
In industrial mixing processes, rapid and effective mixing of the materials that make up the mixture is crucial for the production of novel materials. The method of mixing directly affects the physical and chemical properties of the resulting mixture. In this thesis, a robot-based chaotic mixer of the PRRR type SCARA with 4 axes was designed. The final function of the SCARA robot is the agitator propeller, which is connected to the shaft of the DC motor. 
The speed and position of the mixing propeller were controlled by two different systems. The control of the position of the mixer propeller is provided by the USB2Dynamixel control card, and the control of the speed of the DC motor is provided by the Arduino Mega 2560 microcontroller and L298N motor driver. System design and hardware control were performed using the LabVIEW interface. 
The mixing propeller has to follow a chaotic trajectory and the speed of the DC motor has to change chaotically. The necessary numerical values should be obtained by solving the chaotic differential equations. For this purpose, LabVIEW and MATLAB softwares were firstly communicated with each other. The MATLAB script node in LabVIEW program was called to the LabVIEW program by the MATLAB script server, and the chaotic equations written in the MATLAB program were solved using the ode45 function in the LabVIEW program. The chaotic numerical values obtained were used as positional information of the agitator propeller, and the required angular values for the servomotors were obtained using inverse kinematic equations. Chaotic signals are scaled and used as the occupancy rate of PWM signals that control the speed of the DC motor, and the speed of the DC motor is provided chaotically variable.
In order to save energy in the chaotic speed operation method of the DC motor, the energy values of the DC motor were measured and the chaotic Hadley-2 signal obtained from the chaotic Hadley system was used as the least energy-consuming chaotic signal. 
The preliminary tests of developed system were performed on silicone rubber. The mixing process of RTV 2710 silicone rubber and Catalyst CX catalyst was carried out. At the first stage of the study, mixing was carried out in the positions of the Halvorsen, Newton Leipnik, Sprott A chaotic systems, constant position and in the circular position in which the DC motor operates at a constant speed. For each type of mixture, three samples were obtained and tensile tests were carried out, and the highest average values of force and average tensile strength were obtained in the sprott A chaotic system. 
In the second part of the study, mixtures with constant position and chaotic -Hadley 2- velocity and chaotic -Sprott A.- position and chaotic –Hadley- velocity were mixed, and the samples obtained were subjected to a tensile test. As a result, the highest average force and average tensile strength results were obtained by the chaotic position-constant-speed method of the chaotic Sprott A. system, and the constant-position-chaotic-speed method had the lowest values.