Üç serbestlik dereceli bir kartezyen robotun tasarımı, uygulaması ve denetimi
Design, implementation and control of a cartesian robot with three degrees of freedom
Yazar: MUHAMMED FATİH ÇORAPSIZ
Danışman: DOÇ. DR. KÖKSAL ERENTÜRK
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Esnek üretim sistemlerinde kullanılan kartezyen robotların özellikle düzlemsel hareketlerinin hassas bir şekilde kontrol edilmesi gerekir. Hassas hareket kontrolünün sağlanabilmesinde tasarımda kullanılacak malzemelerin seçilmesi ve bu malzemelerin montajının doğru bir şekilde yapılması hayati önem taşımaktadır. Bu tez çalışmasında; üç serbestlik derecesine sahip bir kartezyen robotun tasarımı, uygulaması ve denetimi gerçekleştirilmiştir. Tasarlanan kartezyen robotun öncelikle Solid Works programında katı modeli oluşturularak eksenlerde hareket eden uzuvların kütleleri elde edilmiştir. Kartezyen robotun ileri kinematik analizi ve elde edilen kütle değerlerine bağlı olarak dinamik analizi yapılmış olup, dinamik analiz yapılırken Lagrange fonksiyonlarından yararlanılmıştır. Dinamik analizden elde edilen kuvvetlere kesme kuvvetleri de dahil edilerek her bir eksene etki edecek maksimum kuvvet hesaplanmış olup tasarımda kullanılacak malzemelerin seçimi bu hesaplamalara göre gerçekleştirilmiştir. Kartezyen robotun yörünge izleme ve kontur kontrolü benzetimlerinde PID, gözleyici tabanlı PID ve ileri beslemeli hesaplanan tork kontrol yöntemlerinden yararlanılmıştır. Sistem içerisinde var olan bozucu etkileri yok etmeyi amaçlayan ileri beslemeli hesaplanan tork kontrol yöntemi yörünge izleme ve kontur performansını büyük oranda artırmıştır. Gerçek zamanlı yörünge takip ve kontur kontrolü Labview programında hazırlanan bir arayüz aracılığı ile mikro denetleyici tabanlı olarak açık çevrim ve kapalı çevrim denetim yöntemleriyle gerçekleştirilmiştir. Konum bilgisinin elde edilmesi için manyetik doğrusal konum seziciler kullanılmış olup özellikle kapalı çevrim denetim durumunda bu konum sezicilerden alınan bilgiler kullanılarak yörünge izleme ve kontur hataları büyük oranda azaltılmıştır.

Abstract:
Precision control of planar motion of Cartesian robots that are used in flexible manufacturing systems should be provided. Choosing of the materials considered in the design and proper installation of them have vital importance on the precision control of the system. In this thesis; design, implementation and control of a Cartesian robot with three degrees of freedom have been realized. Firstly, masses of the limbs of the designed system moving in the axes have been calculated using its solid model in Solid Works environment. Dynamical analysis of the system has been performed using Lagrange Equations with respect to forward kinematic analysis and masses have been calculated using Solid Works. By adding cutting forces to the forces obtained from dynamical analysis, maximum forces that affect each axis have been determined and the values of the maximum forces have been used to select construction materials. Methods of PID, observer based PID and feed-forward computed torque control have been used in simulations for the purpose of trajectory tracking and contour control. The method of feed-forward computed torque control method used for eliminating disturbances existing in the designed system has substantially increased trajectory tracking and contour performances. Both real time open loop and real time closed loop controls of the system have been realized using an interface which has been prepared in Labview environment with a microcontroller unit.  Magnetic linear encoders have been used to acquire position data. Using these data, trajectory tracking and contour errors have been reduced for closed loop control, significantly.