Endüstriyel amaçlı küresel robot kolu ve tutucunun tasarımı ve kontrolü
Design and control of industrial purpose spherical robot arm and gripper
Yazar: MUHAMMET MEVLÜT KARACA
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ZİYA ÖZÇELİK
Necmettin Erbakan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Teorisi ve  Dinamiği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Endüstrinin önemli bir parçası olan robot kolları teknoloji ile paralel bir şekilde gelişim göstermektedir. Genellikle tekrarlı işlerde ve insan sağlığını riske atacak alanlarda çalışan robot kolları endüstride kalite ve hızı arttırmaktadır. Bu çalışmada 2 eksenli, küresel ve özel silindirik ve kulaklı cisimleri kavramak için geliştirilen pnömatik uç işlevcili (gripper) robot kolunun tasarımı yapıldı, CAD programında montajı yapılarak simülasyonu yapıldı. Montaj hataları giderildikten sonra imalatı yapıldı. Mekanik ve elektriksel donanımın montajı tamamlandı. Sonra mikrodenetleyici bağlantıları yapılarak robot kolu çalışır hale getirildi. Uç işlevcinin koordinat değerlerinin bulunabilmesi ve robot kolunun düz kinematik hesapları için Denavit-Hartenberg yöntemi kullanıldı. Ters kinematik hesaplamaları ile de uç işlevcinin hedef koordinat değerlerine ulaşabilmesi için eklemlerin açı değerleri hesaplandı. Lagrange-Euler yöntemiyle robot kolundaki her bir eklemin torku, robot kolunun genel kütle matrisi, uzuvlara ait atalet tensörü, yerçekimi ivmesi ve Coriolis ve merkezkaç kuvvet vektörleri elde edildi. Lagrange-Euler yöntemiyle bulunan dinamik denklemleri ve yörünge planlaması ile oluşturulan denklemleri Matlab- Simulink programına tanımlandı. Simulink kısmında grafikleri çizdirildi. Solidworks programında tasarlanan katı model, Matlab- SimMechanics'e yüklenerek görsel simülasyonu gerçekleştirildi. Arduino-Uno mikrodenetleyicisinin yazılımı ile robot kolun kontrol programı yazıldı. Elde edilen kinematik denklemler ve planlanan yörünge denklemleri program içine yerleştirildi. Robot kolu sürücüsüne bağlanan Arduino'dan Matlab ile seri(com) port kullanılarak enkoder verileri okundu. Programdaki denklemlerin sayesinde mikro denetleyici ile robot kolunun kontrolü sağlandı. Mikrodenetleyici ile kontrolü sağlanan robot kolunun tekrarlanabilirlik ve doğruluk testi yapıldı. Deneysel sonuçlar esnasında enkoderden okunan eş zamanlı veriler kaydedildi. Bu veriler ile teorik veriler karşılaştırıldı.

Abstract:
Robot arms, which are an important part of the industry, are developing in parallel with technology. Robot arms, which generally work in repetitive jobs and in areas that will put human health at risk, increase the quality and speed in the industry. In this study, the robot arm with pneumatic end effector (gripper) developed to grasp 2-axis, spherical and special cylindrical and eared bodies was designed, it was assembled in CAD program and simulated. It was manufactured after fixing assembly errors. Installation of the mechanical and electrical equipment has been completed. Then, by making microcontroller connections, the robot arm was made operational. The Denavit-Hartenberg method was used to find the coordinate values of the end effector and the straight kinematic calculations of the robot arm. Inverse kinematic calculations, the angle values of the joints were calculated so that the end operator can reach the target coordinate values. With the Lagrange-Euler method, the torque of each joint in the robot arm, the general mass matrix of the robot arm, the inertial tensor of the limbs, the gravitational acceleration, and the Coriolis and centrifugal forces vectors were obtained. Dynamic equations found using Lagrange-Euler method and equations created by path planning are defined in Matlab-Simulink program. Graphics were drawn in the Simulink section. The solid model designed in the Solidworks program was loaded into Matlab- SimMechanics and its visual simulation was performed. The control program of the robot arm was written with the software of the Arduino-Uno microcontroller. The obtained kinematic equations and planned trajectory equations were placed in the program. Encoder data was read by using serial (com) port with Matlab from Arduino connected to the robot arm driver. Thanks to the equations in the program, the control of the robot arm was achieved with the micro controller. Repeatability and accuracy testing of the robot arm, controlled by a microcontroller, was performed. Simultaneous data read from the encoder was recorded during the experimental results. These data and theoretical data were compared.