Manyetik pozisyon sensörlü scara robotunun modellenmesi ve manyetik pozisyon sensörünün analizi
Modeling of scara robot with magnetic position sensor and analysis of magnetic position sensor
Yazar: SELİM BERİŞ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ KUBİLAY TAŞDELEN
Isparta Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasının amacı, manyetik pozisyon sensörüyle donatılmış bir enkoderin geliştirilmesi ve geliştirilen enkoderin 3 eksenli bir SCARA robotu üzerine entegre edilmesidir. Çalışma kapsamında 12-bit çözünürlüğe sahip bir manyetik enkoderin tasarımı gerçekleştirilmiştir. Tasarlanan enkoderin, yine tez kapsamında geliştirilen SCARA robotu üzerinde uygulanan deneyler ile robotik uygulamalarında kullanımı analiz edilmiştir.
Manyetik enkoder ve SCARA robotu kontrolcüsünün baskı devre tasarımları, Altium tasarım programı üzerinden gerçekleştirilmiştir. Kullanılan manyetik enkoderlerden, motor milleri üzerine yerleştirilen mıknatıslar aracılığıyla algılama yapılarak pozisyon verileri elde edilmiştir. Elde edilen pozisyon verilerinin farklı motor hızları, farklı sürücü çözünürlüklerindeki doğruluğu analiz edilmiştir. Sürücü sıcaklığının, robot eklemlerinde yer alan step motor performanslarına etkisi incelenmiştir. Ayrıca sensör ve motor mili üzerine yerleştirilen mıknatıs arasındaki mesafenin, pozisyon hatalarına karşı gösterdiği etki incelenmiştir. Yazılım algoritmasındaki işleyişin oluşturabileceği sorunlar deneysel yollar ile gözlemlenerek algoritma doğruluğu test edilmiştir.
Yapılan çeşitli deneyler sonucunda manyetik pozisyon sensörlerinin robotik uygulamalarda hassas pozisyonlamada kullanılabileceği gözlemlenmiştir. Ancak, robot sisteminin tasarımı sırasında sensör ile donatılmış enkoder parametrelerinin, yerleşiminin ve dış etkenlere bağlı olarak değişebilecek hassasiyetinin dikkate alınması gerektiği sonucuna varılmıştır.

Abstract:
The aim of this thesis is to develop an encoder equipped with a magnetic position sensor and integrate the developed encoder on a 3-axis SCARA robot. Within the scope of the study, a magnetic encoders with 12-bit resolution were designed. Usage of the designed encoder in robotic applications was analyzed with the experiments applied on the SCARA robot, which was also developed within the scope of the thesis.
The PCB designs of the magnetic encoder and the SCARA robot controller were made using the Altium design program. From the magnetic encoders used, position data were obtained by detecting through magnets placed on the motor shafts. The accuracy of the obtained position data at different motor speeds and different drive resolutions was analyzed. The effect of driver temperature on stepper motor performances in robot joints was investigated. In addition, the effect of the distance between the sensor and the magnet placed on the motor shaft against position errors was investigated. The problems that may be caused by the operation of the software algorithm were observed experimentally and the accuracy of the algorithm was tested.
As a result of these experiments, it has been observed that magnetic position sensors can be used for precise positioning in robotic applications. However, it has been concluded that during the design of the robot system, the parameters of the encoder equipped with the sensor, its location and sensitivity that may change depending on external factors should be taken into account.