Paralel kinematik sistemli 6 aktuatörlü (hexapod) CNC tasarım, imalat ve kontrolü
Design and manufacturing of a 6 actuator hexapod CNC with parallel kinematics and its control
Yazar: EYÜP FINDIKLI
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ AĞAH AYĞAHOĞLU
Dumlupınar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
aralel kinematik sistemli 6 aktüatörlü hexapod robot aynı zamanda Stewart Platformu diye de adlandırılır. Paralel yapılı sistemler, aynı maksimum yükü taşımak üzere oluşturulmuş olan seri yapılı bir sistemden daha yüksek bir rijitliğe ve daha düşük bir kütlesel atalet momenti değerine sahiptirler. Bu yüzden uçak ve araç simülatörleri, yüksek hassasiyetli takım tezgâhları ve işleme merkezleri, kazı makinaları gibi birçok alanda kullanım imkânı bulunmaktadır.  Bunlara karşın, paralel mekanizmaların çalışma uzayları seri mekanizmalara kıyasla dardır, kısıtlı yönelim aralığına sahiptirler ve ileri kinematik hesabında mekanizmanın paralelliğinden dolayı zorluklarla karşılaşılmaktadır.
Stewart Platform mekanizması temel olarak kendi içinde seri 6 adet lineer aktüatör ve biri sabit diğeri hareketli olmak üzere iki platformdan oluşmaktadır. Hareketli ve sabit platform 6 noktasından aktüatörler ile birbirine bağlanmıştır. Lineer aktüatörler aynı zamanda uzuv işlevi görmekte olduğu bu yapıda, aktüatörler bir taraflarından sabit diğer taraflarından ise hareketli platforma küresel mafsallarla bağlanmıştır.
Bu çalışmada deneysel bir 6 aktüatörlü hexapod CNC sistemi tasarımı, imali ve kontrolü gerçekleştirilmiştir. Robotun mekanik tasarımı, kinematiği, analizi ve benzetimi bilgisayar ortamında Catia V5 CAD programında yapılmıştır. Sistemin statik analizi ise Ansys Workbench programında yapılmıştır. Sistemin ileri ve ters kinematik formüllerinin matematiksel ifadeleri çıkarılmıştır. Bu matematiksel ifadeler, Delphi ve Python dilleri ile modellenerek bilgisayar tabanlı kontrol yazılımı geliştirilmiştir. Bu yazılım sayesinde, geliştirilen mekanizma bilgisayar marifetiyle kontrol edilmeye çalışılmıştır.
Sonuç olarak, sanayide yaygın olarak CNC makinelerin kontrolünde kullanılan ISO G kodlarının, geliştirilen yazılım vasıtası ile yorumlanıp makinenin kontrolü sağlanmıştır. Elde edilen veriler doğrultusunda çok eksenli robotların çalışma hacmini daha iyi tanımlayabilecek "fındık" noktası tanımı geliştirilmiş, tasarım iyileştirmelerinin ortaya çıkması sağlanmış, matematik altyapının fiziksel yapıyla eşzamanlı çalışmasının doğrulukları araştırılmıştır.

Abstract:
The hexapod structure, which has 6 actuators and parallel kinematic robot is also known as a Stewart Platform. Parallel systems have a higher rigidity and a lower mass moment of inertia than a serial systems designed to carry the same maximum load. Therefore, it is possible to use this system in many areas such as aircraft and vehicle simulators, high precision machine tools, machining centers and excavation machines. On the other hand, the working spaces of parallel mechanisms are narrow compared to serial mechanisms, they have limited orientation range and difficulties are encountered due to the parallelism of the mechanism in advanced kinematics calculation.
Stewart Platform mechanism consists of 6 linear actuators in series and two platforms, one fixed and one movable. The movable and fixed platform is connected to each other by actuators at point 6. In this structure, where the linear actuators also function as a limb, the actuators are connected from one side to the fixed platform and from the other side to the mobile platform by spherical joints.
In this thesis, the design, production and control of the experimental hexapod CNC system with 6 actuators was performed. The mechanical design, kinematics, and simulation of the robot are conducted in the computer environment with the Catia V5 CAD application. The structural analysis of the robot are calculated in the computer environment with the Ansys Workbench application. Mathematical expressions of forward and inverse kinematic formulas of the system have been extracted. Computer based control software was developed by modeling these mathematical expressions with Delphi and Python languages. With this software, the mechanism developed was tried to be controlled by computer.
As a result, ISO G codes commonly used in the control of CNC machines in the industry are interpreted by means of the developed software and the control of the machine is provided. According to the data obtained, the definition of "fındık" point, which can better define working volume of multi-axis robots, was proposed, design improvements were provided, and the mutuality of the mathematical infrastructure with mechanical structure was investigated.