Spiral tırmanan ağaç budama robotu üretimi ve performans parametrelerinin incelenmesi
Spiral tree climbing pruning robot production and investigation of performance parameters
Yazar: MUHAMMET ZİYA ÖZKAYA
Danışman: DOÇ. DR. FARUK GÜNER
Giresun Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, ormanlık alanlarda çalışan iş gücündeki azalmaya alternatif olması hedeflenerek, kereste üretim hacminin ve kalitesinin arttırılması amacıyla KOSGEB destekli spiral tırmanan ağaç budama robotu prototip üretimi ve modellenmesi yapıldı ve oluşturulan katı model sonlu elemanlar analiziyle incelendi. Dört farklı durum için yapılan analizlerde çelik ve alüminyum alaşımdan üretilen prototip modeller karşılaştırıldı. von Mises malzeme metoduyla statik gerilmeler sayısal olarak hesaplandı. Ön gerilmelerin varlığında statik analizi takiben modal analizler yapıldı. Birinci durum için 1,5 mm çelik şasi, ikinci durum için 1,5 mm alüminyum şasi, üçüncü durum için 2,5 mm çelik şasi, dördüncü durum için 2,5 mm alüminyum şasi, beşinci durum için 3 mm çelik şasi ve altıncı durum için 3 mm alüminyum şasi tasarım modelleri sunuldu. Birinci durumda orta düzeyde gerilmeler oluştu, modelde kritik titreşim modları gözlendi. İkinci durumda ince et kalınlığından dolayı alüminyum yapı akmaya uğradı, daha fazla titreşim oluştu. Üçüncü durumda kabul edilebilir, düşük gerilmeler gözlense de ağır bir şasi modeli oluştu ve mod şekillerinde titreşimler azaltılabildi. Dördüncü durumdaki alüminyum şasi hafif kütle ve diğer üç duruma göre yüksek mukavemet özellikleri sebebiyle üretim için tercih edildi ve çelik yapıya karşı titreşim etkileri normal olarak artış gösterdi. Beşinci durumda üçüncü duruma benzer sonuçlar elde edildi. Altıncı durumda gerilmeler az miktarda düşürülmesine rağmen dördüncü duruma göre ağır bir yapı meydana geldi.
Üretim aşamasında 6000 serisi alüminyum alaşımdan 50 mm'lik profiller temin edildi ve alüminyum sac kesimleri yaptırıldı. Prototipteki mil, tabla sacı ve menteşeler CNC torna, CNC freze ve manuel torna tezgahlarında işlendi. Alüminyum malzemelerin kaynaklı imalatına geçildi. Motorlu testere ve diğer elektronik akşamların montajına başlandı. Modelin imalatını yazılım işlemleri takip etti. Üretim aşamalarının ardından saha testlerine geçildi ve bu testlerde robotun başarıyla çalıştığı gözlemlendi.

Abstract:
In this study, KOSGEB supported spiral tree climbing pruning robot production and model was created and solid model of it were investigated by finite element analysis with the aim of being an alternative to the reduction of labor in forest areas, in order to increase the volume and quality of timber production. Prototypes which manufactured by steel and aluminum alloy were compared in the analysis of four different study cases. Static stresses were numerically calculated by von Mises material method. In case of prestresses, modal analysis was performed after static analysis. Design models of 1.5 mm steel chassis for case 1, 1.5 mm aluminum chassis for case 2, 2.5 mm steel chassis for case 3, 2.5 mm aluminum chassis for case 4, 3 mm steel chassis for case 5 and 3 mm aluminum chassis for case 6 were presented. In case 1, medium level stresses were occurred, critical vibration modes were observed. In case 2, aluminum chassis were yielding because of material thickness, more vibrations were occurred. In case 3, there was a heavyweight chassis despite lower level stresses, vibrations were reduced in mode shapes. In case 4, aluminum chassis was preferred to manufacture because of lightweight and high strength properties according to other three cases, vibration effects were increased according to steel body. In case 5, the results were similar to case 4. Although the stresses were reduced slightly in case 6, a heavier structure occurred compared to the case 4.
In manufacturing part, 50 mm profiles were provided which made by 6000 series aluminum alloy and laser beam cutting of aluminum sheet metals was done. Shaft, plate metal and hinges were turned and milled in CNC Turning, CNC Milling and Manuel Turning. And then, aluminum materials were welded. Chainsaw and electronic components were started to assemble. Software of system was done after solid model. After manufacturing processes, field experiments were done and these experiments show that the robot worked successfully.